16.1 Модельді объектілерді таңдау

Модельді ағза (объектілер) – тірі табиғаттың қасиеттерін, үрдістерін немесе құбылыстарын зерттеу үшін үлгі ретінде алынған ағза. Модельді ағзалар қарқынды түрде зерттелуде, оның себебі – оны зерттеудегі заңдылықтар азды-көпті басқа ағзаларға, сонымен қатар, адамға да ұқсас болуы мүмкін деген үмітте. Әдетте, модельді ағзалар техникалық және этикалық себептерге байланысты адамға зерттеу жүргізу мүмкін болмаған жағдайда жүргізіледі. Модельді ағзаларды қолдану барлық тірі ағзаның шығу тегі бірдей болғандықтан және тұқым қуалау арқылы берілетін ақпараттың сақталып, жүзеге асу механизмінде, метаболизмде көп ортақ ұқсастықтардың болуына негізделген. Модельді ағзаны таңдау. Көп ғылыми мәліметтер жиналған ағзалар ғана модельді ағзалар бола алады. Әдетте, модельді ағзалармен арнайы зертханалар мен зерттеуші топтар айналысады, ал олар туралы жарыққа шыққан мақалалар бірнеше жүзден бірнеше мыңға дейін жетеді. Модельді ағзалар ретінде, көп аса зертханалық жағдайда оңай асырап, өсіре алатын ағзалар таңдалынады (Escherichia coli, Tetrahymena thermophila, Arabidopsis thaliana, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Mus musculus). Артықшылықтары – генерация уақыты қысқа (тез ұрпақ алмасуы), генетикалық манипуляция мүмкіндігі. Берілген объектінің модельді ретінде таңдаудағы қосымша себептері оның күйінің филогенетикалық сапта қызмет етуі, мысалы, макака резусы салыстырмалы түрде адамға ұқсастықтары болғандықтан медициналық зерттеуге таңдалынды (осы себеппен толық түсіндіру үшін шимпанзе гені де таңдалынды). Ақырында, кейбір зерттеу салаларында модельді объектіні таңдауда бәрінен бұрын оның ерекше құрылысына назар аударылады. «Қарапайым жүйке жүйелерін» зерттеуде нейрондары идентифицирленген, салыстырмалы түрде көп емес, ірі, мысалы, аплизия сияқтылар таңдалынады. Тарихи түрде модельді ағзалар (ішек таяшалары, зеңдер, дрозофиллалар) толық секвенирленген ағза топтарына сай келетін ең бірінші ағза болды. Одан әрі секвенирленген және түсіндірілген осы модельдер биохимия, генетика, молекулярлы биология сияқты салаларда кеңінен қолданыла бастады. Сол себептен, кейде ағзаны таңдауда оның гендік ерекшеліктеріне де назар аударылды, мысалы, фугу-балығы Fugu rubripes өзінің өлшемі кішкентай болғандықтан гендік зерттеу жүргізуге таңдалынды (кодирленбеген айнымалылық дәрежесі төмен). Модельді ағзаны таңдаудағы тағы да бір талап – оның экономикалық маңыздылығы. Сондықтан да, Arabidopsis thaliana-тан басқа модельді өсімдік түрі ретінде Oryza sativa L. күріші, Medicago truncatula жоңышқасы және т.б. қолданылады.

 

16.2 Маңызды модельді ағзалар және олардың қолданылу аялары

Вирустар. Лямбда фагы – молекулярлық генетика. Phi X 174 – молекулярлық генетика; бірінші генмен секвенирленген (сақиналық ДНК, 11 гені бар, ұзындығы 5386 н.п.)

Прокариоттар. Спораланған Bacillus subtilis

Esherichia coli (E. coli) – грамтерісті бактерия, молекулярлық генетика (негізгі объектілердің бірі).

Bacillus subtilis – грамоңды бактерия, молекулярлық генетика, споралануды зерттеу, қылаяқтар жұмысы.

Mycoplasma genitalium – «минимальды ағза», барлық жасушалы ағзалар ішінен ең кішкентай генге ие, 2007 ж. Крейг Вентер ұқсас ағзаны генді отырғызу үшін пайдаланған, нәтижесінде бактерияның бір түрі екінші бір түрге ауысты.

Salmonella typhimurium – грамтерісті бактерия, тышқандар мен ұсақ кеміргіштерге патогенді, адамға шартты түрде түрде патогенді, Эймс сынақтамасында әртүрлі химиялық заттардың мутагенді және канцерогенді әсерлерін зерттеу үшін пайдаланылады.

Протистер. Хламидомонада Chlamydomonas reinhardtii – бір жасушалы жасыл балдыр, фотосинтез құбылысын зерттеу, эукариотикалық қылаяқтар жұмысы, жасушаның қозғалғыштығы, метаболизмді реттеу, жасушалық адгезия («жабысу» жыныстық жолмен көбею) және т.б. генетикалық тұрғыдан жақсы зерттелген, 2007 ж. гені секвенирленген.

Dictyostelium discoideum – молекулярлық биология және генетика (оның генімен секвенирленген), эмбриология (жасуша аралық байланыс, жасушалық диффенцирлеу, апоптоз).

Tetrahymena thermophila – тұщы сулы инфузория; молекулярлық генетика (генмен секвенирленген).

Саңырауқұлақтар. Қалың нейроспора Neyrospora crassa – зең, генетикалық метаболизм реттеуін, мейоз және циркадты ырғақтардың регуляциясын зерттеу.

Топырақ дрожждары Saccharomyces cerevisiae, генетика (жасушалық циклдің регуляциясы және т.б.), нан өнімдері мен сыра ашытуда қолданылады.

Бөлінгіш дрожжылар Schizosaccharomyses pombe (жасушалық цикл, жасушалық полярлылық, РНК-интерференциясы, центросомның құрылысы мен қызметі).

Өсімдіктер. Жасыл мүк Physcomitrella patens – биологиялық өсімдіктердің дамуы мен эволюциясын зерттеуде кеңінен қолданылады. Әзірге бұл жалғыз мүктектестердің өкілі, генмен толық секвенирленген, осы түрге генетикалық трансформация зерттелді.

Плаунатүрлік плауна Seleginella moellendorffii – өсімдіктер эволюциясы, молекулярлық биология, 2007 ж. генмен секвенирленген (биік өсімдіктердің ішіндегі ең қысқасы, 100 мегабазға жуық).

Ақшешек (рехузовидка) Таля Arabidopsis thaliana, танымал көп салаларда қолданылатын модельді өсімдік; қысқа уақытта өмір сүретін, ген өлшемі кішкентай крестүсті біржылдық – эфемер. Көптеген биохимиялық мутациясы, морфологиялық қасиеттері зерттелген, генетикалық дерекқоры өте ауқымды және ол ТАІR- ақпараты түрінде сақталынып бейнеленген.

Терек тектестер (Populus) – ағаш тектес өсімдіктерді зерттеу және мәдени өсіруге арналған модельді түр. Ген өлшемі кішкентай, тез өскіш, трансформация әдісі зерттелген. Солтүстік америкалық Populus trichocarpa түрімен толығымен секвенирленген.

Жоңышқа Medicago trunccatula – бұршақ тұқымдастар моделі, жоңышқаның жақын туыстасы (Medicago sativa) (молекулярлық биология, агрономия).

Жүгері (Zea mays L.) – мәдени астық тұқымдастардың негізі, классикалық модельді ағза, диплоиды бір үлесті 10 хромосома жұбынан тұрады, оларды микроскоппен зерттеу оңай, сондықтан цитогенетикалық зерттеуді оңайлатады, фенотипті мутациялар саны басым, осыған байланысты жүгерілерге зерттеу жүргізгенде (олардың транспознондары ашылған), тек жүгерілерде ғана бірінші рет аталық цитоплазмалық ұрпақсыздықты анықтады. Жүгері гені толығымен зерттелген, арнайы жүгеріге арналған генетикалық және молекулярлы биологиялық зерттеулер жүргізіліп, дерекқор жиналған.

Күріш (Oryza sativa) – астықтұқымдастардың маңызды бір өкілі; астық дәндері ішінен ең кішкентай генге ие, ол толығымен секвенирленген (агрономия, молекулярлық биология).

Alluim сера (егіндік пияз) – генотоксикологиялық зерттеулерде модельді ағза. Гені жақсы зерттелген (2n=16), сондықтан да ана-телефаздық сараптама жасауға келеді. Жүргізілген сынақтама нәтижелері бойынша басқа жануарларға жүргізілген сынақтамалар бойынша корреляциялары ортақ, өсінділер мен микроорганизмдер, сонымен қатар, адамға экстраполярлануы мүмкін.

Омыртқасыздар. Nematostella vectensis, нематостелла – литоральды жыртқыш актиния, Edwardsiidae тұқымдасы, соңғы жылдары молекулярлық биология мен книдарий дамуының биологиясын зерттеуде басты модельді объект рөлін атқарып жүр. 2007 ж. гені толығымен секвенирленген.

Symsagittifera roscoffensis (syn. Convoluta roscoffensis), «ішексіздер түтікшелерінің» арнайы мүшесі (қазіргі кезде ол – Acoelomorpha) – екіжақты симметриялы емес құрылысты жануарлар эволюциясын зерттеуде мақсатында.

Триклада Schmidtea mediterranea – даму биологиясы мен регенерацияда, геномы аздап секвенирлеуде.

Нематода Caenorhabditis elegans (C. elegans) – дамуды генетикалық бақылау мен физиологиялық процесстер (бірінші көп жасушалы ағза, генмен толық секвенирленген (қазіргі таңда осы түрден екіншісі секвенирленуде, C. briggsae).

Дрозофильдер (Drosophila тегі), Drosophila melanogaster – жеміс шіркейі, генетикалық зерттеуде танымал объект. Зертханада оңай асыралынады және өсіріледі, ұрпақ ауысымы тез, көптеген фенотипті мутациялары зерттелген. ХХ ғ. екінші жартысында даму биологиясының негізгі басты объектісі болды. Генмен толық секвенирленген. Соңғы уақыттарда нейрофармокологиялық зерттеулерге қолданылды.

Аплизия Aplysia californica, желбезекті ұлу (нейробиология, есте сақтаудың молекулярлы механизмі, цитоклеткалардың қайта құрылуы).

Кальмар Loligo pealei, жүйке жасушалары мен олардың цитоклеткаларын зерттеуде классикалық объект (үлкен диаметрі 1 мм. болатын аксондары бар).

Теңіз кірпілері Arbacia punctulata мен Strongylocentrotus purpuratus, эмбриологияның классикалық объектісі.

Асцидия Ciona intestinalis – хордалылар генінің эмбриологиясы мен эволюциясын.

Омыртқалылар. Фугу (Takifugu rubripes) – Tetraodontidae тұқымдас балық – жинақы аз ғана мөлшерде кодирленбеген бірізділікті гені бар. Генмен секвенирленген.

Теңбіл данио (Danio rerio), тұщы судағы балықтардың даму сатыларында мөлдір дерлік, биологияда сулы токсикология мен токсипаталогияның дамуында маңызды. Генмен секвенирленген.

Африканың тепкілес бақа (Xenopus laevis) – биология дамуының негізгі объектілерінің бірі, гендердің экспрессиясын зерттеуде қолданылатын ооциттер. Генмен секвенирленген.

Тауық (Gallus gallus domesticus) – амниот эмбриологиясының модельді объектісі, сонау ерте замандардан бері қолданылып келеді, балапандарда есте сақтау мен үйрену қабілеттіліктерін зерттейді.

Зебра амадина (Taeniopygia guttata) – тоқымашылардың әртүрлілігі, модель генетика күйі мен механизмін зерттеуге.

Үй тышқаны (Mus musсulus) – сүтқоректілер ішіндегі негізгі модельді объект. Көптеген таза инбредті ұрпақтар алынған және медициналық, этологиялық және т.б. зерттеулер үшін негізгі болып таңдалынып алынды. (семіздікке жақын, төменгі және жоғарғы интеллект, шарапты ішуге жақын, өмірдің әртүрлі ұзақтығы және т.б.). Генмен толық секвенирленген. Бойлық жасушаларды пайдалана отырып трансгенді тышқандар алынды. Ішкі құрылысы күрделі болғандықтан, популяциялық генетика мен түрлілікті зерттеуге қосымша қызығушылықтар туып отыр (әртүрлі түрасты, хромосомдық рассаларды кариотип бойынша ажырату).

Сұр тышқан (Rаttus norvegicus) – токсикология, нейрология, физиология үшін маңызды модель; сонымен қатар молекулярлы генетика мен ген зерттеуде қолданылады. Генмен толық секвенирленген.

Үй мысығы (Felis domestiсus) – бас физиологиясын зерттеуде маймылдарға қарағанда арзанырақ модель.

Макака резус (Macaca mulatta) – медициналық (сонымен қатар, инфекциялық ауруларды зерттеуде), этологиялық, нейробиологиялық зерттеулер үшін.

Шимпанзе (шимпанзенің екі түрі: қарапайым шимпанзе (Pan troglodytes) және ергежейлі шимпанзе (Pan paniscus) – тірі ағзалар ішіндегі адамға ұқсас бірден-бір түр. Қазіргі таңда негізінен танымдық күрделі формаларды зерттеуде қолданылады. Pan troglodytes гені секвенирленген.

Саналы адам (Homo sapiens) – геномы толық секвенирленген. Клиникалық зерттеулерге, эволюциялық биологияда, физиологияда, нейробиология және т.б. зерттеулерде. Мұрагерлік аурулардың тізімін толығырақ алуға. Өзінің алған әсерін жеткізе алуы мен экспериментатор инструкциясын орындай алуы нейрофизиологияда ең маңызды.

Жоғарыда келтірілген ағзалар тізімі мәні жағынан тең дей алмаймыз, бұл тізімді тар аяларда қолданылатын модельді ағзалар тізімімен толықтыра аламыз. Мысалы, жерүсті ұлуы Cepaea nemoralis – популяциялық генетика мен экологияны зерттеуде классикалық модель, соның ішінде табиғи сұрыптаудағы медициналық сүліктер Hirudo medicinalis – нейробиологияда локомоция зерттеудегі нейробиологияның бір моделдік объектісі. Ағзалардан бөлек басқа дәрежедегі биологиялық жүйелер де модельді ағза рөлін атқара алады – молекулалар, жасушалар және олардың бөліктері (мысалы, алып аксон кальмары), ұрпақтық жасушалар (мысалы, адам ұрпағының жасушасы Hela), мүшелер (мысалы, омыртқасыздар тізімінде келтірілген стоматогастрикалық он аяқты шаян ганглий), популяциялар мен экожүйелер.