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ⓘ Organismo modello




Organismo modello
                                     

ⓘ Organismo modello

Un organismo modello è una specie estensivamente studiata per comprendere particolari fenomeni biologici, in base al presupposto che le acquisizioni fatte sullorganismo modello possano fornire indicazioni sugli altri organismi. Ciò è possibile grazie al fatto che i principi biologici fondamentali, come le vie metaboliche, di regolazione e di sviluppo, e i geni che le codificano, si mantengono attraverso levoluzione.

Storicamente il primo organismo modello impiegato in esperimenti rigorosi per la comprensione dellereditarietà è stato il Pisum sativum di Gregor Mendel. Il pisello da orto infatti risponde a specifiche esigenze di incrocio controllato, rapido passo generazionale, prole numerosa, caratteri fenotipici alternativi e disponibilità di numerose varietà commerciali. Queste caratteristiche lo resero ottimale per un approccio ai problemi della ereditarietà di tipo quantitativo e statistico.

                                     

1. Criteri di scelta

Spesso, gli organismi modello vengono scelti in base alla loro capacità di essere adattabili a manipolazioni sperimentali. Di solito vengono preferite le seguenti caratteristiche: breve ciclo cellulare, tecniche per manipolazione genetica. A volte, il riarrangiamento genetico favorisce il sequenziamento del genoma dellorganismo modello, per esempio, perché è molto compatto o per avere scarsa quantità di DNA non codificante, il cosiddetto "DNA spazzatura" junk DNA.

Esistono numerosi organismi modello. Il primo organismo modello per la biologia molecolare probabilmente è stato il batterio E.coli, comunemente presente nel sistema digerente umano e di solito ha attività benefica - il pericoloso ceppo Escherichia coli O157:H7 è raro. Viene utilizzato anche nello studio di molti batteriofagi, specialmente il fago lambda.

Negli eucarioti sono stati studiati approfonditamente alcuni lieviti, specialmente il Saccharomyces cerevisiae lievito della birra, soprattutto perché sono facili da gestire. Il ciclo cellulare in un lievito è molto simile al ciclo cellulare negli umani ed è regolato da proteine omologhe. È stato studiato anche il moscerino della frutta Drosophila melanogaster, sempre perché è facile da gestire per essere un organismo multicellulare. Il verme Caenorhabditis elegans è stato studiato perché ha stadi di sviluppo estremamente definiti ed è possibile, quindi, rilevare rapidamente delle anormalità.

Quando i ricercatori cercano un organismo da usare nei loro studi, prendono in considerazione parecchie caratteristiche. Le più comuni sono le dimensioni, il tempo di generazione, laccessibilità, la manipolazione, la genetica, la conservazione dei meccanismi e un potenziale beneficio economico. Con la diffusione della biologia molecolare comparata, i ricercatori hanno cercato organismi modello che rappresentassero diverse tipologie di vita.

                                     

2. Principali organismi modello

Virus

  • Fago Phi-X174 è stato il primo organismo sequenziato geneticamente.
  • Fago T4
  • Virus del mosaico del tabacco
  • Fago lambda è un batteriofago che infetta Escherichia coli
                                     

2.1. Principali organismi modello Virus

  • Fago Phi-X174 è stato il primo organismo sequenziato geneticamente.
  • Fago T4
  • Virus del mosaico del tabacco
  • Fago lambda è un batteriofago che infetta Escherichia coli
                                     

2.2. Principali organismi modello Eucarioti unicellulari

  • Dictyostelium discoideum è specie appartenente al genere Dictyostelium, molto studiata come modello in biologia dello sviluppo, biologia molecolare nonché in tossicologia ambientale.
  • Saccharomyces cerevisiae è noto come lievito della birra, è stato il primo eukaryota il cui genoma sia stato interamente sequenziato nel 1996. Molto studiato per il suo ciclo cellulare.
  • Tetrahymena thermophila è un protozoo ciliato di acqua dolce che presenta dimorfismo nucleare.
  • Schizosaccharomyces pombe è altro modello di lievito, che differisce da S. cerevisiae in particolare nella modalità di riproduzione: S. cerevisiae replica per gemmazione budding, S. pombe per scissione binaria. Anche S.pombe è ampiamente studiato per il suo ciclo cellulare.
  • Chlamydomonas reinhardtii è unalga verde unicellulare, utilizzata per studiare fotosintesi, flagelli e motilità, regolazione del metabolismo, riconoscimento cellula-cellula, risposta allaffamamento e diversi altri processi biologici. Ha una genetica molto studiata, con una grande quantità di mutanti noti e sequenziati e procedure relativamente semplici per produrne di nuovi. La sua crescita in laboratorio è infatti semplice e poco costosa. Esiste un centro di raccolta delle informazioni genetiche su Chamydomonas presso la Università Duke negli Stati Uniti dAmerica.


                                     

2.3. Principali organismi modello Piante

  • Brachypodium distachyon è un modello sperimentale emergente. Ha diversi attributi che lo rendono un eccellente modello per lo studio dei cereali.
  • Riso Oryza sativa è usato come modello per gli studi di biologia dei cereali. Il sequenziamento del suo genoma è in corso. Agronomia, Biologia molecolare
  • Arabidopsis thaliana è probabilmente la più importante pianta modello. Il suo studio ha fornito una considerevole quantità di nuove conoscenze. È una specie a crescita veloce. È stata la prima pianta il cui genoma sia stato interamente sequenziato. Biologia molecolare, Citologia
  • Tobacco BY-2 cells è una linea cellulare coltivata in sospensione della pianta di tabacco Nicotiana tabacum. Viene utilizzata per studi generali per studi fisiologici a livello di biologia cellulare delle piante. Il genoma di questa particolare cultivar non sarà sequenziato non almeno nellimmediato futuro, mentre quello della specie selvatica, Nicotiana tabaccum è attualmente in corso.
  • Mais Zea mais è modello per lo studio dei cereali. Le sue caratteristiche genetiche hanno permesso lo sviluppo di teorie per la comprensione del ruolo dei trasposoni. Il suo genoma è stato sequenziato.
  • Lotus japonicus è usato come modello per le piante leguminose.
  • Medicago truncatula è un altro modello per le leguminose. Il suo genoma, relativamente piccolo, è in sequenziamento.
  • Lemna gibba è una pianta acquatica a rapida crescita, una delle più piccole piante da fiore. I tassi di crescita della Lemna sono utilizzati per valutare la tossicità dei prodotti chimici in ecotossicologia.
                                     

2.4. Principali organismi modello Funghi

  • Neurospora crassa è una muffa aploide semplice da coltivare e nella quale è facile individuare fenotipi recessivi.
  • Aspergillus nidulans è un fungo filamentoso il cui genoma è stato interamente sequenziato.
                                     

2.5. Principali organismi modello Invertebrati

  • Pristionchus pacificus è un verme cilindrico studiato nella biologia evolutiva dello sviluppo.
  • Loligo pealei è un calamaro, oggetto di ampi studi neurologici a causa del suo "assone gigante" quasi 1 mm di diametro, circa 1000 volte maggiore di un assone medio di mammifero.
  • Cepaea nemoralis è un mollusco gasteropode utilizzato negli studi sulla ereditarietà e in biologia evolutiva.
  • Euprymna scolopes è il calamaro gigante delle Hawaii, modello di simbiosi tra animali e batteri in particolare il Vibrio fischeri nella produzione di sistemi bioluminescenti.
  • Stomatogastric ganglion il cui sistema digestivo è modello per la genesi di pattern motori.
  • Ciona intestinalis è unascidia lunga, ottimo organismo modello per studi sul genoma: ha un numero limitato di geni circa 15000, un genoma compatto circa 160 milioni di basi azotate ed ha interessanti rapporti filogenetici con i vertebrati.
  • Arbacia punctulata è un riccio di mare della classe Echinoidea; è ancora ampiamente utilizzato come modello di embriogenesi.
  • Tribolium castaneum è il tribolio delle farine, un piccolo insetto che cresce agevolmente, studiato soprattutto in studi sul comportamento.
  • Drosophila melanogaster è il moscerino della frutta, uno degli organismi viventi più studiati. È stato utilizzato, sin dai primi decenni del 1900, per studi di genetica di base. Oggi è considerato un ottimo modello animale per studi sul sistema nervoso e sul suo sviluppatissimo sistema visivo.
  • Paracentrotus lividus è un altro riccio di mare, anchesso studiato da un punto di vista embriologico, ma anche da un punto di vista biomolecolare.
  • Caenorhabditis elegans è verme nematode, impiegato nello studio della differenziazione cellulare e dellapoptosi.
  • Hydra è genere di organismi predatori di acqua dolce del phylum Cnidaria, dotati di simmetria radiale, molto studiati per lalta capacità di rigenerazione.


                                     

2.6. Principali organismi modello Vertebrati

  • Macaca mulatta è il Rhesus macaque o macaco e viene usato negli studi sulla cognizione e nelle malattie infettive.
  • gallus è il pollo, ed è particolarmente impiegato negli studi sullo sviluppo embrionale, in quanto facilmente maneggiabile e a rapido sviluppo.
  • Takifugu rubipres è noto come pesce palla, ha un genoma molto compatto, con poco junk DNA.
  • coturnix è nota come quaglia e viene utilizzata in esperimenti di embriologia perché presenta cellule colorate che permettono di utilizzarle in esperimenti di trapianto sul pollo.
  • Brachydanio rerio o Danio rerio conosciuto come Pesce zebra, è un pesce dacqua dolce molto usato negli acquari. Ha un corpo quasi trasparente durante il primo sviluppo, ciò fornisce un accesso visivo allanatomia interna dellanimale. I Pesci zebra sono utilizzati per studiare lo sviluppo, la tossicologia e tossicopatologia e la specifica funzione del gene e il ruolo delle vie di segnalazione.
  • Taeniopygia guttata Zebra finch o diamante mandarino viene usato per studi sugli apparati uditivi dei non mammiferi.
  • Sus domesticus è il maiale, ed è il modello animale utilizzato negli studi pre-clinici di patologie come le retinopatie. Una probabile applicazione futura è quella di modello per gene therapy.
  • Mus musculus è il topo, il modello animale più utilizzato nella ricerca biomedica. Ne esistono numerose linee inbred: alcune sono state selezionate per mostrare particolari tratti, spesso di interesse medico, come il peso corporeo, la muscolatura, lobesità.
  • Rattus norvegicus è il ratto, ampiamente usato come modello animale in tossicologia; molto utile come modello neurologico e come fonte di colture primarie.
  • Canis lupus familiaris è importante modello dei sistemi respiratorio e cardiovascolare.
  • Cricetinae è noto come Criceto ed è usato nelle ricerche sulla leishmaniosi.
  • Xenopus laevis è un rospo africano, anchesso molto usato in studi di biologia evolutiva dello sviluppo, soprattutto a causa delle dimensioni ampie delle sue cellule uovo.
  • Cavia porcellus porcellino dIndia, detto comunemente cavia, è la cavia, usata inizialmente da Robert Koch e altri batteriologi, è diventata nella lingua italiana l"animale di laboratorio" per antonomasia, sebbene oggigiorno non sia più molto usata dai ricercatori.
  • Oryzias latipes è un altro pesce, noto come medaka. Utilizzato anchesso come modello di sviluppo, soprattutto dellocchio, ha il vantaggio di essere più resistente del Pesce zebra.
  • Felis sylvestris catus è il gatto ed è usato nelle ricerche di neurofisiologia.
  • Sigmodon hispidus è usato nelle ricerche sulla poliomielite.
                                     

3. Organismi modello usati per specifiche ricerche

Selezione e conflitti sessuali

  • Gryllus bimaculatus
  • Coelopidae
  • Drosophila spp.
  • Macrostomum lignano
  • Scathophaga stercoraria
  • Callosobruchus maculatus
  • Chorthippus parallelus
  • Diopsidae

Zone ibride

  • Caledia captiva Orthoptera
  • Bombina spp.
  • Podisma spp.

Ecologia genomica

  • Daphnia pulex, un organismo modello di indicatore comportamentale.
                                     

4. Tavola genetica degli organismi modello

La tabella indica lo status del Progetto genoma per ciascun organismo, mostrando dellorganismo la ricombinazione omologa e lo stato delle conoscenze delle vie biochimiche dellorganismo.