Курица как модель биологического исследования
Куры ( Gallus Gallus Domesticus ) и их яйца широко использовались в качестве исследовательских моделей на протяжении всей истории биологии. Сегодня они продолжают служить важной моделью нормальной биологии человека, а также процессов патологических заболеваний.
История
[ редактировать ]Куриные эмбрионы как модель исследования
[ редактировать ]Человеческое увлечение курицей и ее яйцом настолько глубоко укоренилось в истории, что трудно точно сказать, когда начались исследования птиц. Еще в 1400 году до нашей эры древние египтяне искусственно инкубировали куриные яйца, чтобы увеличить запасы пищи. Развивающийся цыпленок в яйце впервые появляется в письменной истории после того, как привлек внимание известного греческого философа Аристотеля около 350 г. до н.э. Открывая куриные яйца в разные моменты инкубации, Аристотель отмечал, как организм менялся с течением времени. Написав «Историю животных» , он представил некоторые из самых ранних исследований эмбриологии, основанные на его наблюдениях за курицей в яйце.
Аристотель признал значительное сходство между развитием человека и курицы. Изучая развивающегося цыпленка, он смог правильно понять роль плаценты и пуповины у человека.
Исследования цыплят XVI века существенно модернизировали представления о физиологии человека. Европейские ученые, в том числе Улиссе Альдрованди , Волшер Котье и Уильям Харви , использовали цыпленка, чтобы продемонстрировать дифференциацию тканей , опровергая широко распространенное мнение того времени, что организмы «предварительно сформированы» в своей взрослой версии и только увеличиваются в размерах во время развития. Были обнаружены отдельные области тканей, которые росли и давали начало специфическим структурам, включая бластодерму или куриное происхождение. Гарвей также внимательно наблюдал за развитием сердца и крови и первым заметил направленный ток крови между венами и артериями. Относительно большие размеры птенца как модельного организма позволили ученым за это время сделать эти важные наблюдения без помощи микроскопа.
Расширение использования микроскопа в сочетании с новой техникой в конце 18 века позволило изучить развивающегося цыпленка крупным планом. Вырезав отверстие в яичной скорлупе и накрыв его другим куском скорлупы, ученые смогли заглянуть прямо в яйцо, пока оно продолжало развиваться без обезвоживания. Вскоре исследования развивающихся цыплят выявили три эмбриональных зародышевых листка : эктодерму , мезодерму и энтодерму , что положило начало области эмбриологии .
Реакция хозяина против трансплантата была впервые описана у куриных эмбрионов. Джеймс Мерфи (биолог) (1914) обнаружил, что ткани крысы, которые не могли расти у взрослых цыплят, выживали у развивающегося цыпленка. У иммунокомпетентного животного, такого как взрослая курица, иммунные клетки хозяина атакуют чужеродную ткань. Поскольку иммунная система цыпленка не функционирует примерно до 14-го дня инкубации, может вырасти инородная ткань. В конце концов, Мерфи показал, что принятие тканевых трансплантатов у иммунологически компетентных животных зависит от хозяина. [1] [2]
Культивирование вируса когда-то было технически сложным. В 1931 году Эрнест Гудпасчер и Элис Майлз Вудрафф разработали новую технику, в которой куриные яйца использовались для размножения вируса оспы. [3] Основываясь на своем успехе, цыпленок был использован для выделения вируса паротита для разработки вакцины и до сих пор используется для культивирования некоторых вирусов и паразитов.
Способность нервов куриного эмбриона проникать в опухоль мыши позволила Рите Леви-Монтальчини предположить , что опухоль должна продуцировать диффузный фактор роста (1952). Она определила фактор роста нервов (NGF), что привело к открытию большого семейства факторов роста, которые являются ключевыми регуляторами нормального развития и болезненных процессов, включая рак. [4]
Взрослая курица как исследовательская модель
[ редактировать ]Взрослые курицы также внесли значительный вклад в развитие науки. Прививая цыплятам бактерии холеры (Pasteurella multocida) из разросшейся и, таким образом, ослабленной культуры, Луи Пастер произвел первую аттенуированную вакцину, полученную в лаборатории (1860-е годы). XX век по-прежнему характеризовался великими достижениями в области иммунологии и онкологии, которыми мы обязаны куриной модели.
Пейтон Роус (1879–1970) получил Нобелевскую премию за открытие того, что вирусная инфекция кур может вызывать саркому (Роус, 1911). Стив Мартин продолжил эту работу и идентифицировал компонент куриного ретровируса Src, который стал первым известным онкогеном. Дж. Майкл Бишоп и Гарольд Вармус со своими коллегами (1976) распространили эти результаты на людей, показав, что рак, вызывающий онкогены у млекопитающих, индуцируется мутациями протоонкогенов. [5] [6]
Открытия у кур в конечном итоге разделили адаптивный иммунный ответ на антитела (В-клетки) и клеточно-опосредованные (Т-клетки). У цыплят, у которых отсутствовала бурса , орган с неизвестной в то время функцией, невозможно было заставить вырабатывать антитела. Благодаря этим экспериментам Брюс Глик правильно пришел к выводу, что бурса отвечает за образование клеток, вырабатывающих антитела. [7] Клетки бурсы были названы B-клетками по названию бурсы, чтобы отличать их от Т-клеток, происходящих из тимуса.
Рак
[ редактировать ]Куриный эмбрион — уникальная модель, которая преодолевает многие ограничения в изучении биологии рака in vivo. Хориоаллантоисная мембрана (САМ), хорошо васкуляризированная внеэмбриональная ткань, расположенная под яичной скорлупой, имеет успешную историю в качестве биологической платформы для молекулярного анализа рака, включая вирусный онкогенез . [8] канцерогенез , [9] опухолей ксенотрансплантация , [1] [10] [11] [12] [13] опухолевый ангиогенез , [14] и метастазы рака . [15] [16] [17] [18] Поскольку куриный эмбрион от природы обладает иммунодефицитом, САМ легко поддерживает приживление как нормальных, так и опухолевых тканей. [18] Птичья САМ успешно поддерживает большинство характеристик раковых клеток, включая рост, инвазию, ангиогенез и ремоделирование микроокружения.
Генетика
[ редактировать ]Геном Gallus Gallus был секвенирован с помощью дробовика Сэнгера. [19] и сопоставлены с помощью обширного физического картирования на основе контигов BAC. [20] Между геномами человека и курицы существуют значительные фундаментальные сходства. Однако различия между геномами человека и курицы помогают идентифицировать функциональные элементы: гены и их регуляторные элементы, которые, скорее всего, сохранятся с течением времени. Публикация генома курицы позволяет расширить трансгенные методы для продвижения исследований в рамках модельной системы кур. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Мерфи, Дж. Б. (1914). «Факторы устойчивости к трансплантации гетеропластических тканей: исследования тканевой специфичности, часть III» . Журнал экспериментальной медицины . 19 (5): 513–522. дои : 10.1084/jem.19.5.513 . ПМК 2125188 . ПМИД 19867789 .
- ^ Мерфи, Дж. Б. (1914). «Исследования тканевой специфичности, часть II: окончательная судьба тканей млекопитающих, имплантированных в куриный эмбрион» . Журнал экспериментальной медицины . 19 (2): 181–186. дои : 10.1084/jem.19.2.181 . ПМК 2125151 . ПМИД 19867756 .
- ^ Вудрафф, AM; Гудпасчер, EW (1931). «Восприимчивость хорио-аллантоисной мембраны куриных эмбрионов к заражению вирусом оспы птиц» . Американский журнал патологии . 7 (3): 209–222. ПМК 2062632 . ПМИД 19969963 .
- ^ Леви-Монтальчини, Р. (1952). «Влияние трансплантации опухоли мыши на нервную систему». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 55 (2): 330–344. Бибкод : 1952NYASA..55..330L . дои : 10.1111/j.1749-6632.1952.tb26548.x . ПМИД 12977049 . S2CID 28931992 .
- ^ Стехелин, Д.; Гунтака, Р.В.; Вармус, HE; Бишоп, Дж. М. (1976). «Очистка ДНК, комплементарной нуклеотидным последовательностям, необходимым для неопластической трансформации фибробластов вирусами саркомы птиц». Журнал молекулярной биологии . 101 (3): 349–365. дои : 10.1016/0022-2836(76)90152-2 . ПМИД 176368 .
- ^ Стехелин, Д.; Вармус, HE; Бишоп, Дж. М.; Фогт, ПК (1976). «ДНК, связанная с трансформирующим геном(ами) вирусов птичьей саркомы, присутствует в нормальной птичьей ДНК». Природа . 260 (5547): 170–173. Бибкод : 1976Natur.260..170S . дои : 10.1038/260170a0 . ПМИД 176594 . S2CID 4178400 .
- ^ Глик, Б.; Чанг, Т.С.; Яап, Р.Г. (1956). «Бурса Фабрициуса и продукция антител» . Птицеводство . 35 : 224–225. дои : 10.3382/ps.0350224 .
- ^ Роус, П. (1911). «Саркома птицы, передающаяся агентом, отделяемым от опухолевых клеток» (PDF) . Журнал экспериментальной медицины . 13 (4): 397–411. дои : 10.1084/jem.13.4.397 . ПМК 2124874 . ПМИД 19867421 .
- ^ Бадер, АГ; Канг, С.; Фогт, ПК (2006). «Специфические для рака мутации PIK3CA являются онкогенными in vivo» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (5): 1475–1479. Бибкод : 2006PNAS..103.1475B . дои : 10.1073/pnas.0510857103 . ПМЦ 1360603 . ПМИД 16432179 .
- ^ Дагг, CP; Карновский, Д.А.; Тулан, Х.В.; Родди, Дж. (1954). «Серийный пассаж опухолей человека в курином эмбрионе: ингибирование роста азотистым ипритом». Труды Общества экспериментальной биологии и медицины . 87 (1). Общество экспериментальной биологии и медицины: 223–227. дои : 10.3181/00379727-87-21341 . ПМИД 13224733 . S2CID 42888074 .
- ^ Исти, GC; Исти, DM; Чао, Р. (1969). «Рост гетерологичных опухолевых клеток в куриных эмбрионах». Европейский журнал рака . 5 (3): 287–295. дои : 10.1016/0014-2964(69)90079-6 . ПМИД 5786070 .
- ^ Николсон, Г.Л., Брансон, К.В. и Фидлер, И.Дж. (1978) «Специфика ареста, выживания и роста выбранных клеточных линий метастатических вариантов», Cancer Res 38 (11 Pt 2) 4105-11.
- ^ Оссовский, Л.; Райх, Э. (1983). «Изменение злокачественного фенотипа рака человека, обусловленное средой роста» . Клетка . 33 (2): 323–333. дои : 10.1016/0092-8674(83)90414-2 . ПМИД 6407756 .
- ^ Элисейри, БП; Клемке, Р.; Стромблад, С.; Череш, Д.А. (1998). «Потребность в интегрине αvβ3 для устойчивой митоген-активируемой протеинкиназной активности во время ангиогенеза» . Журнал клеточной биологии . 140 (5): 1255–1263. дои : 10.1083/jcb.140.5.1255 . ПМК 2132684 . ПМИД 9490736 .
- ^ Чемберс, А.Ф.; Макдональд, IC; Шмидт, Э.Э.; Моррис, В.Л.; Жених, AC (1998). «Доклиническая оценка стратегий противораковой терапии с использованием видеомикроскопии in vivo». Раковые метастазы Rev. 17 (3): 263–9. дои : 10.1023/А:1006136428254 . ПМИД 10352879 . S2CID 24565818 .
- ^ Гордон-младший; Куигли, JP (1986). «Ранние спонтанные метастазы в эпидермоидной карциноме человека HEp3/модель куриного эмбриона: вклад случайной колонизации». Инт Дж Рак . 38 (3): 437–44. дои : 10.1002/ijc.2910380321 . ПМИД 3744594 . S2CID 35981930 .
- ^ Чемберс, А.Ф.; Макдональд, IC; Шмидт, Э.Э.; Моррис, В.Л.; Жених, AC (1998). «Доклиническая оценка стратегий противораковой терапии с использованием видеомикроскопии in vivo». Обзоры рака и метастазов . 17 (3): 263–269. дои : 10.1023/А:1006136428254 . ПМИД 10352879 . S2CID 24565818 .
- ^ Перейти обратно: а б Зийлстра, А.; Меллор, Р.; Панцарелла, Г.; Эймс, RT; Хупер, доктор медицинских наук; Марченко, Н.Д.; Куигли, JP (2002). «Количественный анализ стадий, ограничивающих скорость метастатического каскада, с использованием специфичной для человека полимеразной цепной реакции в реальном времени» . Исследования рака . 62 (23): 7083–7092. ПМИД 12460930 .
- ^ Хиллер, ЛаДина В.; Миллер, Уэбб; Бирни, Юэн; и др. (2004). «Секвенирование и сравнительный анализ генома курицы открывают уникальные перспективы эволюции позвоночных» (PDF) . Природа . 432 (7018): 695–716. Бибкод : 2004Natur.432..695C . дои : 10.1038/nature03154 . ПМИД 15592404 . S2CID 4405203 .
- ^ Вонг, ГК; и др. (2004). «Карта генетических вариаций курицы с 2,8 миллионами однонуклеотидных полиморфизмов» . Природа . 432 (7018): 717–722. Бибкод : 2004Natur.432..717B . дои : 10.1038/nature03156 . ПМК 2263125 . ПМИД 15592405 .