Wprowadzenie do hodowli kurcząt: Gallus gallus domesticus

Rozwijający się kurczak, formalnie znany jako Gallus gallus domesticus, jest istotnym systemem modelowym w badaniach biomedycznych. W każdym jajku znajduje się embrion, który może być poddawany manipulacjom genetycznym i embriologicznym. Tego rodzaju eksperymenty mają znaczenie dla zdrowia i chorób ludzi ze względu na podobieństwa między genomem człowieka i kurczaka. Niniejszy film zawiera przegląd systemu modelowego kurczaka, omówienie kluczowych odkryć dokonanych w tym modelu oraz kilka interesujących przykładów jego dzisiejszego zastosowania w laboratoriach.

Zanim przejdziemy do omówienia wartości naukowej kurcząt, przypomnijmy podstawowe zagadnienia z biologii tych ptaków. Podobnie jak gady i ssaki, Gallus gallus należy do kladu Amniota (owodniowce), który charakteryzuje się obecnością błon pozazarodkowych wspierających rozwój embrionu. Ewolucja tego systemu błon wewnątrz jaja pozwoliła przodkom owodniowców zasiedlić środowisko lądowe miliony lat temu, co w zasadzie dowodzi, że to jajo pojawiło się pierwsze!

W obrębie klasy Aves kury należą do rodziny Phasianidae ptaków lądowych, które większość życia spędzają na ziemi. Ptaki, które znamy jako smaczne źródło pożywienia, są w rzeczywistości podgatunkiem Gallus gallus, powszechnie znanym jako kur bankiwa, który zamieszkuje południowo-wschodnią Azję. Obecnie na całym świecie miliardy kur są hodowane w celu produkcji mięsa i jaj.

Oczywistym jest, że ptaki te stanowią istotną część ludzkiej diety, ale co one same lubią jeść? Kury są wszystkożercami, które przeszukują grunt w poszukiwaniu owadów, nasion i roślinności. Kury, czyli nioski, mają szczególnie duże zapotrzebowanie na wartościowe posiłki, ponieważ zużywają dużo energii na wytwarzanie jaj, które są znoszone niemal codziennie. Jeśli w pobliżu znajduje się samiec, łatwo to rozpoznać; koguty są większe, bardziej kolorowe i znacznie głośniejsze!

Kiedy koguty i kury łączą się w celu kopulacji, cykl życiowy rozpoczyna się od zapłodnienia wewnętrznego. Jajo zostaje zniesione 25 godzin później, zawierając wielokomórkowy embrion. Po 21 dniach inkubacji wykluwa się kurczę. Dojrzałość płciowa w większości kur następuje do 31. tygodnia życia, co domyka cykl.

Przejdźmy teraz do kwestii, dla których to powszechne zwierzę hodowlane jest popularne w badaniach naukowych. Po pierwsze, zapłodnione jaja kurze można łatwo pozyskać przy stosunkowo niskich kosztach przez cały rok. Po drugie, eksperymenty rozwojowe można precyzyjnie zaplanować czasowo poprzez regulację temperatury inkubacji.

Po trzecie, ponieważ embrion rozwija się zewnętrznie, naukowcy muszą jedynie wyciąć okienko w skorupce, aby uzyskać dostęp do większości etapów rozwoju. Embriony bardzo dobrze znoszą również manipulacje eksperymentalne, ponieważ białko jaja, czyli albuminy, wykazuje naturalne działanie przeciwbakteryjne.

I wreszcie, co równie istotne, genomy kurczaka i człowieka są wysoce konserwatywne. Pomimo że genom kurczaka jest około jednej trzeci wielkości genomu ludzkiego, zawiera podobną liczbę genów. Z tej liczby 60% odpowiada genom ludzkim i wykazuje średnio 75% identyczności z ich ludzkimi odpowiednikami.

Po omówieniu powodów, dla których kurczęta stanowią doskonały model, przyjrzyjmy się niektórym kluczowym odkryciom dokonanym w tym systemie. Badania nad kurczętami sięgają starożytnej Grecji, kiedy to Arystoteles postawił hipotezę, że obserwowane przez niego błony pozazarodkowe w rozwijających się jajach kurzych, a także ludzka łożysko i pępowina, dostarczają zarodkowi niezbędnych składników odżywczych. Wiele lat później, w 1672 roku, Marcello Malpighi po raz pierwszy opisał podstawowe struktury kręgowców w rozwijającym się embrionie kurczęcia, takie jak cewka neuralna, z której powstaje układ nerwowy, oraz somity, z których powstaną liczne tkanki, na przykład mięśnie szkieletowe.

W 1817 roku Heinz Christian Pander badał embriony kurcząt we wczesnych stadiach rozwoju i odkrył trzy pierwotne warstwy komórek, znane jako listki zarodkowe. Komórki z tych warstw: ektodermy, mezodermy i endodermy, dają początek wszystkim tkankom tworzącym organizm. Za tę pracę Pander zyskał miano Twórcy Embriologii.

W 1951 roku Viktor Hamburger i Howard L. Hamilton opublikowali 46-częściową serię stadiów rozwoju, umożliwiającą identyfikację embrionów na podstawie anatomii, od świeżo zniesionych jaj aż do wykluwania. Seria stadiów Hamburgera i Hamiltona zapewnia biologom zajmującym się kurczętami sposób na standaryzację określania stadium rozwoju badanych embrionów, co ogranicza zmienność wynikającą z różnic w temperaturze inkubacji.

Również w latach 50. XX wieku Rita Levi-Montalcini odkryła tajemniczy czynnik, który powodował wzrost neuronów kurczęt podczas kontaktu z przeszczepionymi guzami mysimi. Stanley Cohen pomógł zidentyfikować ten nieznany związek jako NGF, czyli czynnik wzrostu nerwów. Za te osiągnięcia w 1986 roku zostali uhonorowani Nagrodą Nobla.

Po omówieniu tego, jak badania nad zarodkami kurcząt doprowadziły do ważnych odkryć, przyjrzyjmy się, w jaki sposób kurczaki są wykorzystywane w dzisiejszych laboratoriach.

Po pierwsze, embriony kurcząt są często wykorzystywane do śledzenia wczesnych ruchów komórkowych. Aby móc odróżnić komórki od ich sąsiadów, naukowcy przeszczepiają komórki innych gatunków ptaków, takich jak przepiórka, do embrionów kurcząt. Dzięki zastosowaniu markerów specyficznych dla przepiórki, ruch komórek jest śledzony przez kilka dni, podczas gdy są one włączane do rozwijających się struktur.

Kurczęta są również niezwykle użyteczne w badaniach nad wzorcowaniem neuronalnym. Tkanka nerwowa pobrana z embrionu może być wykorzystana do badania śledzenia aksonów, obwodów, a nawet aktywności neuronalnej.

Wreszcie, błona splotowata, znana również jako CAM, jest błoną silnie unaczynioną, która jest często wykorzystywana w badaniach nad rakiem. Embriony kurcząt są naturalnie immunodeficyjne, co pozwala przeszczepionym ludzkim komórkom nowotworowym na łatwe przejmowanie naczyń krwionośnych w obrębie CAM w celu tworzenia guzów. Rozprzestrzenianie się komórek nowotworowych, czyli przerzutnictwo, można łatwo badać w tym bardzo użytecznym teście.

Właśnie obejrzeli Państwo wprowadzenie JoVE do Gallus gallus. Film ten przedstawił krótki przegląd informacji o tych ptakach, cechy sprawiające, że ich zarodki są doskonałymi organizmami modelowymi, ważne odkrycia naukowe dokonane z wykorzystaniem kurcząt oraz wgląd w sposoby ich wykorzystania w badaniach biologicznych. Dziękujemy za uwagę!