Artículo revisado por Tristán largoDoctorado de la Universidad Wilfrid Laurier.
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¿Qué es un organismo modelo?
Un organismo modelo es una especie no humana que los científicos estudian para obtener conocimientos sobre los procesos biológicos y de comportamiento que son conservado evolutivamente Entre diferentes seres vivos.1 Organismos modelo A menudo permiten realizar descubrimientos genéticos y fisiológicos y permiten a los investigadores investigar sistemas moleculares, celulares, sociales y ambientales en un entorno de laboratorio.2
La similitud genética y la ascendencia común son principios clave detrás de la investigación con organismos modelo. Todos los seres vivos están relacionadosdesde bacterias unicelulares hasta plantas y animales multicelulares complejos. Esto permite a los científicos identificar puntos en común en los descubrimientos biológicos y extrapolar los hallazgos de una especie a otra.2 Por ejemplo, los primeros modelos de insectos, plantas, bacterias y virus herencia dio lugar al conocimiento ahora común de que el ADN es el material genético que se transmite de generación en generación y que proporciona el código o modelo para la vida en la Tierra.2 Los organismos modelo continúan revelando información fundamental y procesos biológicos universalessirviendo como herramientas de investigación y enseñanza que dan forma a los avances científicos.2
¿Qué hace que un organismo modelo sea bueno?
Los buenos organismos modelo a menudo cumplen varias criterios más allá de la relación evolutiva con los humanos, incluida la facilidad de estudio y la aplicabilidad universal en todos los laboratorios; información genética disponible y estable que permite a los científicos cultivar o criar organismos de manera consistente sin deriva genética; y recursos genómicos y transcriptómicos disponibles, incluidas herramientas de edición para modificar, eliminar o agregar genes objetivo.1 El tamaño pequeño, los tiempos de reproducción y ciclos de vida cortos y la conveniencia financiera también informan qué organismos son adecuados para los investigadores que buscan sistemas modelo.1
Los organismos modelo adecuados varían según la aplicación, pero muchos comparten características comunes, como procesos evolutivamente conservados, genética bien caracterizada y rasgos de historia de vida que son útiles para la investigación de laboratorio, como tamaño pequeño, tiempos de reproducción breves y ciclos de vida cortos y rastreables.
El científico
Varios organismos modelo comúnmente estudiados están enlistados debajo.3
- Drosophila melanogaster (moscas de la fruta)
- Caenorhabditis elegans (gusanos redondos)
- Danio rerio (pez cebra)
- Músculo musculoso (ratones)
- especie Xenopus (ranas con garras)
- Arabidopsis thaliana (berro de thale)
- Saccharomyces cerevisiae (levadura en ciernes)
- Escherichia coli
Estos organismos también son modelos exitosos debido a su versatilidad. “Las mejores especies modelo son aquellas que no son solo bidimensionales”, dijo Tristán largoun genetista evolutivo de la Universidad Wilfrid Laurier, que investiga una variedad de procesos biológicos en modelos de moscas de la fruta, incluida la divergencia sexual, la variación genética, las influencias sociales y ambientales en el desarrollo y la susceptibilidad a infecciones bacterianas. “Hay tantas facetas en [fruit fly] “La biología nos dice que nunca nos quedamos sin ideas ni proyectos”, afirmó Long.
Genética animal y organismos modelo pequeños seleccionados
Modelos animales pequeños, modificables genéticamente como D. melanogaster, C. elegansy D. rerio Históricamente han proporcionado conocimientos esenciales sobre los procesos genéticos y celulares y, en algunos casos, de forma más rápida y rentable que los modelos de roedores o grandes mamíferos.4
Drosophila melanogaster
D. melanogastercomúnmente conocida como mosca de la fruta, ha sido un organismo modelo durante más de un siglo, con biólogos evolutivos Thomas Hunt Morgan en la Universidad de Columbia, donde realizó algunas de las primeras investigaciones sobre genética animal utilizando modelos de mosca de la fruta a principios del siglo XX.5
“La mayoría de los organismos modelo que tenemos son vestigios del pasado”, explicó Long. “Jacques Monod dijo la famosa frase: lo que es cierto para E. coli “Esto es cierto para los elefantes, y creo que lo mismo ocurre con las moscas de la fruta. No son análogos perfectos para todo lo que existe, pero son prácticos de usar, son flexibles en cuanto a su uso, y eso realmente nos brinda información útil”.
Desde su origen como modelo genético práctico, las moscas de la fruta han dejado su huella en Investigación fisiológica y conductual campos gracias a su pequeño tamaño, a sus características de historia de vida conocidas y a la gran cantidad de herramientas genéticas disponibles.5 Los científicos estiman que aproximadamente El 75% de los genes que causan enfermedades humanas tienen homólogos funcionales en la mosca de la fruta, lo que también contribuye a su aplicación en la investigación de la salud humana.4 “Es muy útil contar con esos análogos y paralelismos”, afirmó Long. “Los detalles esenciales siempre serán diferentes, dependiendo de la historia de vida y la arquitectura genética de las distintas especies, pero aún así hay una gran cantidad de universalidad”.
Caenorhabditis elegans
C. elegans Son gusanos redondos transparentes y microscópicos que son modelos genéticos instrumentales en la investigación de la neurobiología, el envejecimiento y el desarrollo. Inicialmente defendidos como un posible organismo modelo por el biólogo Sidney Brenner en el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en la década de 1970,6 El pequeño tamaño, el ciclo de vida rápido, la facilidad de manipulación genética y los procesos celulares y genéticos completamente mapeados de C. elegans Contribuir a su uso común en la investigación.4 A pesar de C. elegans comparten menos sistemas fisiológicos humanos y homólogos genéticos (aproximadamente el 65%) Además de las moscas de la fruta, continúan brindando información valiosa sobre procesos moleculares conservados, y los investigadores recurren a estos diminutos invertebrados para realizar pruebas de detección de fármacos de alto rendimiento en organismos completos de manera rápida y económicamente eficiente.4
Danio rerio
D. rerio, Comúnmente conocido como pez cebra, es un organismo modelo que ha sido muy informativo en los estudios genéticos de vertebrados. Basándose en su trabajo fundacional en modelos de mosca de la fruta, la bióloga del desarrollo Christiane Nüsslein-Volhard En el Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo, en la década de 1990 centró su investigación en el pez cebra para investigar el desarrollo embrionario.7 Estos peces tienen embriones grandes y transparentes que maduran externamente y rápidamente, facilitando la investigación con vertebrados y reduciendo los costos de infraestructura de laboratorio en comparación con los modelos de ratones y ratas.4 Los peces cebra también tienen órganos homólogos humanos como el hígado y el riñón, y sistemas inmunes innatos y adaptativos completos, lo que es ideal para la investigación terapéutica.4
Hitos de la investigación sobre organismos modelo y reconocimientos del Premio Nobel
Importante hitos de investigación A menudo se asocian con organismos modelo bien establecidos.1 Por ejemplo, D. melanogaster, C. elegans, D. rerioy A. thaliana Los modelos permitieron grandes avances en la genética del desarrollo; E. coli Los modelos ayudaron a los científicos a dilucidar los mecanismos de regulación transcripcional; S. cerevisiae Los modelos permitieron algunas de las primeras desciframientos del ciclo celular eucariota; y los modelos de ratón se han convertido en elementos básicos en la fisiología humana y la investigación de enfermedades.1
La investigación con organismos modelo también constituye la base de muchos avances científicos reconocidos con el Premio Nobel.
Tabla: Ejemplos de avances reconocidos con el Premio Nobel respaldados por investigaciones con organismos modelo8
Esta variedad y éxito reflejan la Comunidades de investigación internacionales colaborativas utilizando organismos modelo hoy en día.3 Por ejemplo, los biólogos que estudian la mosca de la fruta intercambian frecuentemente conocimientos, recursos y poblaciones de moscas caracterizadas genéticamente. “Hay una gran apertura y una gran cantidad de intercambio”, dijo Long. “Debido a que existe una comunidad tan buena en el mundo de la mosca de la fruta, tenemos acceso a todo tipo de herramientas realmente excelentes”. Lo que comenzó como herramientas de investigación genética convenientes se convirtió en modelos apreciados y que brindan información que conectan a científicos de diferentes campos de investigación. a traves del globo.5