4.2: Wprowadzenie do pisklęcia: Gallus gallus domesticus

Rozwijający się kurczak lub pisklę, formalnie znany jako Gallus gallus domesticus, jest ważnym systemem modelowym dla badań biomedycznych. W każdym jaju kurzym znajduje się zarodek, który można poddać manipulacjom genetycznym i embriologicznym. Takie eksperymenty są istotne dla zdrowia i chorób ludzi ze względu na podobieństwa między genomami ludzi i piskląt. Ten film zawiera przegląd systemu modeli piskląt, niektóre kluczowe odkrycia dokonane na pisklętach oraz kilka ekscytujących przykładów ich wykorzystania w dzisiejszych laboratoriach.

Zanim porozmawiamy o wartości naukowej pisklęcia, przyjrzyjmy się podstawowej biologii kurczaka. Podobnie jak gady i ssaki, Gallus gallus należy do kladu kręgowców Amniota, definiowanego przez obecność błon pozazarodkowych, które wspierają rozwój zarodka. Ewolucja tego systemu błon w jaju pozwoliła przodkom owodni zasiedlić środowisko lądowe miliony lat temu, co w dużej mierze dowodzi, że to jajo pojawiło się jako pierwsze!

W klasie Aves kurczaki należą do rodziny ptaków lądowych Phasianidae, które większość życia spędzają na lądzie. Ptaki, które znamy jako smaczne źródło pożywienia, są w rzeczywistości podgatunkiem Gallus gallus, powszechnie znanego jako Red Junglefowl, który zamieszkuje południowo-wschodnią Azję. Obecnie na całym świecie na całym świecie hoduje się miliardy kurczaków z przeznaczeniem na produkcję mięsa i jaj.

Oczywiście ptaki te są dużą częścią diety człowieka, ale co lubią jeść? Kurczaki są wszystkożerne, które przeszukują ziemię w poszukiwaniu robaków, nasion i roślinności. Samice kurczaków lub kur szczególnie potrzebują dobrego posiłku, ponieważ wkładają dużo energii w produkcję jaj, które są składane prawie codziennie. Jeśli w pobliżu jest samiec, będziesz o tym wiedział; Koguty są większe, bardziej kolorowe i o wiele głośniejsze!

Kiedy koguty i kury spotykają się, aby się kojarzyć, cykl życia rozpoczyna się od zapłodnienia wewnętrznego. Jajo jest składane 25 godzin później, zawierając wielokomórkowy zarodek. Po 21 dniach inkubacji wykluwa się pisklę. Dojrzałość płciowa następuje po 31 tygodniach u większości kurczaków, kończąc cykl.

Zobaczmy teraz, dlaczego to pospolite zwierzę gospodarskie jest popularne w badaniach naukowych. Po pierwsze, łatwo jest uzyskać zapłodnione jaja kurze przy stosunkowo niskich kosztach, przez cały rok. Po drugie, eksperymenty rozwojowe można precyzyjnie zaplanować poprzez regulację temperatury inkubacji.

Po trzecie, ponieważ zarodek rozwija się zewnętrznie, naukowcy muszą tylko wyciąć okno w skorupie, aby uzyskać dostęp do większości etapów rozwoju. Zarodki dość dobrze znoszą również manipulacje eksperymentalne, ponieważ białko jaja kurzego, czyli albumina, jest naturalnie antybakteryjne.

Wreszcie, co nie mniej ważne, genomy kurczaka i człowieka są wysoce konserwatywne. Pomimo tego, że genom kurczaka jest około jednej trzeciej wielkości człowieka, zawiera podobną liczbę genów. Spośród nich 60% odpowiada ludzkiemu genowi i jest średnio w 75% identyczne z ich ludzkim odpowiednikiem.

Teraz, gdy omówiliśmy, co sprawia, że pisklęta są świetnym modelem, przyjrzyjmy się kilku kluczowym odkryciom dokonanym w tym systemie. Badania nad pisklętami sięgają starożytnej Grecji, kiedy Arystoteles postulował, że błony pozaembrionalne, które zaobserwował podczas rozwoju jaj kurzych, oraz ludzkie łożysko i pępowina zapewniają kluczowe składniki odżywcze zarodka. Wiele lat później, w 1672 roku, Marcello Malpighi po raz pierwszy opisał podstawowe struktury kręgowców w rozwijającym się zarodku kurczaka, takie jak cewa nerwowa, która tworzy układ nerwowy; i somity, które dadzą początek wielu tkankom, takim jak mięśnie szkieletowe.

W 1817 roku Heinz Christian Pander badał zarodki kurczaków we wczesnym stadium rozwoju i odkrył trzy pierwotne warstwy komórek znane jako listki zarodkowe. Komórki z tych warstw: ektodermy, mezodermy i endodermy, tworzą wszystkie tkanki tworzące organizm. Za tę pracę Pander zyskał tytuł: Założyciela Embriologii.

W 1951 roku Viktor Hamburger i Howard L. Hamilton opublikowali 46-częściową serię inscenizacji w celu identyfikacji embrionów na podstawie anatomii, od świeżo złożonych jaj do wylęgu. Seria inscenizacji Hamburgera i Hamiltona zapewnia biologom piskląt sposób na standaryzację stopnia zaawansowania badanych przez nich zarodków, ograniczając zmienne wprowadzone przez różne temperatury inkubacji.

Również w latach pięćdziesiątych XX wieku Rita Levi-Montalcini odkryła tajemniczy czynnik, który powodował wzrost neuronów piskląt po wystawieniu na działanie wszczepionych guzów myszy. Stanley Cohen pomógł zidentyfikować ten nieznany związek jako NGF, czyli czynnik wzrostu nerwów. Za tę pracę otrzymali Nagrodę Nobla w 1986 roku.

Teraz, gdy omówiliśmy, w jaki sposób badania nad pisklętami doprowadziły do ważnych odkryć, przyjrzyjmy się, jak pisklęta są obecnie wykorzystywane w laboratoriach.

Po pierwsze, zarodki kurczaków są często wykorzystywane do śledzenia wczesnych ruchów komórek. Aby móc odróżnić komórki od ich sąsiadów, naukowcy przeszczepiają komórki innych gatunków ptaków, takich jak przepiórka, do zarodków piskląt. Za pomocą markerów specyficznych dla przepiórek, komórki są śledzone przez kilka dni, gdy są włączane do rozwijających się struktur.

Pisklęta są również niezwykle przydatne do badania wzorców neuronalnych. Tkanka nerwowa pobrana z zarodka może być wykorzystana do zbadania śledzenia aksonów, obwodów, a nawet aktywności neuronalnej.

Wreszcie, błona kosmówkowo-omoczniowa, znana również jako CAM, jest wysoce unaczynioną błoną, która jest często używana do badań nad rakiem. Zarodki kurczaków mają naturalnie niedobór odporności, co pozwala przeszczepionym ludzkim komórkom rakowym łatwo przejąć naczynia krwionośne w CAM w celu powstania guzów. Rozprzestrzenianie się komórek rakowych lub przerzuty można łatwo zbadać w tym bardzo przydatnym teście.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do Gallus gallus. Ten film zawiera krótki przegląd tych ptaków, cechy, które sprawiają, że ich zarodki są wspaniałymi organizmami modelowymi, ważne odkrycia naukowe dokonane na pisklętach oraz wgląd w sposoby, w jakie są one wykorzystywane w badaniach biologicznych. Dzięki za oglądanie!