Курица как модель биологических исследований - Chicken as biological research model
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 патологических процессов болезни.
История
Куриные эмбрионы как модель исследования
Человеческое увлечение курицей и ее яйцом так глубоко укоренилось в истории, что трудно сказать, когда именно начались исследования птиц. Еще в 1400 г. до н.э. древние египтяне искусственно инкубировали куриные яйца, чтобы пополнить запасы пищи. Развивающаяся курица в яйце впервые появляется в письменной истории после того , как около 350 г. до н.э. привлекла внимание известного греческого философа Аристотеля . Открывая куриные яйца в различные моменты инкубации, Аристотель отмечал, как организм менялся с течением времени. Написав « Historia Animalium» , он представил некоторые из самых ранних исследований эмбриологии, основанные на его наблюдениях за цыпленком в яйце.
Аристотель признал значительное сходство между развитием человека и курицы. Изучая развивающегося цыпленка, он смог правильно расшифровать роль плаценты и пуповины у человека.
Исследования цыплят 16 века значительно модернизировали представления о физиологии человека. Европейские ученые, в том числе Улисс Альдрованди , Волчер Котье и Уильям Харви , использовали птенцов, чтобы продемонстрировать дифференциацию тканей , опровергая широко распространенное в то время мнение о том, что организмы «сформированы» во взрослой версии и только увеличиваются в размерах во время развития. Были выявлены отдельные участки ткани, которые росли и давали начало определенным структурам, включая бластодерму или куриное происхождение. Харви также внимательно наблюдал за развитием сердца и крови и был первым, кто заметил направленный поток крови между венами и артериями. Относительно большой размер цыпленка как модельного организма позволил ученым в 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 развивающегося цыпленка выявили три зародышевых листка зародыша : эктодерму , мезодерму и энтодерму , что положило начало области эмбриологии .
Ответ хозяина против трансплантата был впервые описан у куриного эмбриона. Джеймс Мерфи (биолог) (1914) обнаружил, что ткани крысы, которые не могли расти у взрослых цыплят, выживали в развивающихся цыплятах. У иммунокомпетентных животных, таких как зрелая курица, иммунные клетки хозяина атакуют чужеродную ткань. Поскольку иммунная система цыпленка не функционирует примерно до 14 дня инкубации, инородная ткань может расти. В конце концов, Мерфи показал, что у иммунологически компетентных животных принятие тканевых трансплантатов было специфическим для хозяина.
Когда-то выращивать вирус было технически сложно. В 1931 году Эрнест Гудпастур и Элис Майлз Вудрафф разработали новую технику, в которой для размножения вируса оспы использовались куриные яйца. Основываясь на их успехе, цыплят использовали для выделения вируса эпидемического паротита для разработки вакцины, и он все еще используется для культивирования некоторых вирусов и паразитов сегодня.
Способность нервов куриного эмбриона проникать в опухоль мышей подсказала Рите Леви-Монтальчини, 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 процессов болезни, включая рак.
Взрослая курица как модель исследования
Взрослая курица также внесла значительный вклад в развитие науки. Путем инокуляции цыплят бактериями холеры (Pasteurella multocida) из разросшейся и тем самым ослабленной культуры Луи Пастер произвел первую лабораторную аттенуированную вакцину (1860-е годы). 20-й век по-прежнему характеризовал большие успехи в иммунологии и онкологии, которыми мы обязаны модели цыпленка.
Пейтон Роус (1879-1970) получил Нобелевскую премию за открытие, что вирусная инфекция курицы может вызывать саркому (Rous, 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 открытия на людей, показав, что онкогены, вызывающие рак, у млекопитающих индуцируются мутациями протоонкогенов.
Открытия, сделанные на курице, в конечном итоге разделили адаптивный иммунный ответ на антительный (B-клеточный) и клеточно-опосредованный (T-клеточный) ответы. У цыплят, у которых отсутствовала бурса , орган с неизвестной функцией в то время, нельзя было заставить вырабатывать антитела. В ходе этих экспериментов Брюс Глик правильно пришел к выводу, что бурса отвечает за создание клеток, вырабатывающих антитела. Клетки бурсы были названы В-клетками для бурсы, чтобы дифференцировать их от Т-клеток, происходящих из тимуса.
Рак
Куриный эмбрион - уникальная модель, которая преодолевает многие ограничения в изучении биологии рака in vivo. Хориоаллантоисная мембрана (САМА), хорошо васкуляризации экстры-эмбриональная ткань , расположенная под яичной скорлупой, имеет успешную историю в качестве биологической платформы для молекулярного анализа рака , включая вирусный онкогенез , канцерогенез , опухоль ксенотрансплантацию , опухоль ангиогенез и рак метастазы . Поскольку куриный эмбрион обладает естественным иммунодефицитом, САМ легко поддерживает приживление как нормальных, так и опухолевых тканей. CAM птиц успешно поддерживает большинство характеристик раковых клеток, включая рост, инвазию, ангиогенез и ремоделирование микросреды.
Генетика
Gallus Gallus геном был секвенирован с помощью Sanger дробовика секвенирования и нанесен на карту с обширным БАКОМ арендуемой на основе физического отображения. Между геномами человека и курицы есть существенное фундаментальное сходство. Однако различия между геномами человека и курицы помогают идентифицировать функциональные элементы: гены и их регуляторные элементы, которые, скорее всего, будут сохраняться с течением времени. Публикация генома цыпленка позволяет расширить трансгенные методы для продвижения исследований в рамках системы моделей цыплят.