4.2: Un'introduzione al pulcino: Gallus gallus domesticus

Il pollo in via di sviluppo, o pulcino, formalmente noto come Gallus gallus domesticus, è un importante sistema modello per la ricerca biomedica. All'interno di ogni uovo di gallina c'è un embrione che può essere sottoposto a manipolazioni genetiche ed embriologiche. Tale sperimentazione è rilevante per la salute e le malattie umane, a causa delle somiglianze tra i genomi umani e quelli dei pulcini. Questo video offre una panoramica del sistema modello di pulcino, alcune scoperte chiave fatte nel pulcino e alcuni esempi interessanti di come vengono utilizzati oggi nei laboratori.

Prima di parlare del valore scientifico del pulcino, ripassiamo un po' di biologia di base del pollo. Come i rettili e i mammiferi, il Gallus gallus appartiene al clade dei vertebrati Amniota, definito dalla presenza di membrane extraembrionali che supportano lo sviluppo embrionale. L'evoluzione di questo sistema di membrane all'interno dell'uovo ha permesso all'amniote ancestrale di abitare un ambiente terrestre milioni di anni fa, il che dimostra praticamente che è stato l'uovo ad arrivare per primo!

All'interno della classe Aves, i polli appartengono alla famiglia degli uccelli terrestri Phasianidae, che trascorrono la maggior parte della loro vita sulla terraferma. Gli uccelli che conosciamo come gustosa fonte di cibo sono in realtà una sottospecie di Gallus gallus, comunemente noto come pollo rosso della giungla, che abita il sud-est asiatico. Oggi, miliardi di polli vengono allevati per la produzione di carne e uova in tutto il mondo.

Chiaramente questi uccelli sono una parte importante della dieta umana, ma cosa amano mangiare? I polli sono onnivori che setacciano il terreno alla ricerca di insetti, semi e vegetazione. Le galline, o galline, hanno particolarmente bisogno di un buon pasto poiché mettono molta energia nella produzione delle uova, che vengono deposte quasi ogni giorno. Se c'è un maschio in giro, lo saprai; I galli sono più grandi, più colorati e molto più rumorosi!

Quando galli e galline si riuniscono per accoppiarsi, il ciclo di vita inizia con la fecondazione interna. 25 ore dopo viene deposto un uovo, contenente un embrione multicellulare. Dopo 21 giorni di incubazione, un pulcino si schiude. La maturità sessuale avviene entro 31 settimane nella maggior parte dei polli, completando il ciclo.

Ora, vediamo perché questo comune animale da fattoria è popolare nella ricerca scientifica. Innanzitutto, è facile ottenere uova di gallina fecondate a un costo relativamente basso, tutto l'anno. In secondo luogo, gli esperimenti di sviluppo possono essere programmati con precisione regolando la temperatura di incubazione.

In terzo luogo, poiché l'embrione si sviluppa esternamente, gli scienziati devono solo tagliare una finestra nel guscio per accedere alla maggior parte delle fasi di sviluppo. Gli embrioni tollerano anche abbastanza bene le manipolazioni sperimentali, perché l'albume, o albumina, è naturalmente antibatterico.

Ultimo, ma certamente non meno importante, i genomi del pollo e dell'uomo sono altamente conservati. Nonostante il fatto che il genoma del pollo sia circa un terzo delle dimensioni di quello umano, racchiude un numero simile di geni. Di questi, il 60% corrisponde a un gene umano e sono in media il 75% identici alla loro controparte umana.

Ora che abbiamo discusso di ciò che rende i pulcini un ottimo modello, esaminiamo alcune scoperte chiave fatte in questo sistema. La ricerca sui pulcini risale all'antica Grecia, quando Aristotele postulò che le membrane extraembrionali che aveva osservato nello sviluppo delle uova di gallina, e la placenta umana e il cordone ombelicale, fornissero entrambi un nutrimento cruciale all'embrione. Molti anni dopo, nel 1672, Marcello Malpighi descrisse per la prima volta le strutture fondamentali dei vertebrati nell'embrione di pollo in via di sviluppo, come il tubo neurale, che forma il sistema nervoso; e i somiti, che daranno origine a più tessuti, come il muscolo scheletrico.

Nel 1817, Heinz Christian Pander studiò gli embrioni di pollo allo stadio iniziale e scoprì tre strati primordiali di cellule noti come strati germinali. Le cellule di questi strati: l'ectoderma, il mesoderma e l'endoderma, vanno a formare tutti i tessuti che compongono un organismo. Per questo lavoro, Pander si è guadagnato il titolo: Il fondatore dell'embriologia.

Nel 1951, Viktor Hamburger e Howard L. Hamilton pubblicarono una serie di 46 parti per identificare gli embrioni in base all'anatomia, dalle uova appena deposte alla schiusa. La serie di stadiazioni di Hamburger e Hamilton fornisce ai biologi pulcini un modo per standardizzare la stadiazione degli embrioni che studiano, riducendo le variabili introdotte dalle diverse temperature di incubazione.

Sempre negli anni '50, Rita Levi-Montalcini scoprì un fattore misterioso che causava la crescita dei neuroni dei pulcini quando esposti a tumori di topo trapiantati. Stanley Cohen ha contribuito a identificare questo composto sconosciuto come NGF, o fattore di crescita nervoso. Per questo lavoro hanno vinto il Premio Nobel nel 1986.

Ora che abbiamo discusso di come la ricerca sui pulcini abbia portato a importanti scoperte, diamo un'occhiata a come i pulcini vengono utilizzati nei laboratori oggi.

In primo luogo, gli embrioni di pollo sono spesso utilizzati per tracciare i primi movimenti cellulari. Per essere in grado di distinguere le cellule dalle loro vicine, gli scienziati trapiantano cellule di altre specie aviarie, come la quaglia, in embrioni di pollo. Utilizzando marcatori specifici per quaglie, le cellule vengono seguite per giorni mentre vengono incorporate nelle strutture in via di sviluppo.

I pulcini sono anche estremamente utili per studiare i modelli neuronali. Il tessuto neurale raccolto da un embrione può essere utilizzato per esaminare il tracciato assonale, i circuiti e persino l'attività neuronale.

Infine, la membrana corioallantoidea, altrimenti nota come CAM, è una membrana altamente vascolarizzata che viene spesso utilizzata per la ricerca sul cancro. Gli embrioni di pollo sono naturalmente immunodeficienti, il che consente alle cellule tumorali umane trapiantate di requisire prontamente i vasi sanguigni all'interno della CAM per stabilire i tumori. La diffusione delle cellule cancerose, o metastasi, può essere facilmente studiata in questo test molto utile.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE al Gallus gallus. Questo video ha fornito una breve panoramica di questi uccelli, le caratteristiche che rendono i loro embrioni grandi organismi modello, importanti scoperte scientifiche fatte nei pulcini e uno sguardo ai modi in cui vengono utilizzati nella ricerca biologica. Grazie per l'attenzione!