Введение в изучение цыпленка: Gallus gallus domesticus

Развивающийся цыпленок, официально известный как Gallus gallus domesticus, является важной модельной системой для биомедицинских исследований. В каждом курином яйце находится эмбрион, который может быть подвергнут генетическим и эмбриологическим манипуляциям. Подобные эксперименты имеют значение для изучения здоровья и заболеваний человека из-за сходства геномов человека и цыпленка. В данном видео представлен обзор модельной системы цыпленка, некоторые ключевые открытия, сделанные с ее помощью, и несколько интересных примеров того, как она используется в современных лабораториях.

Прежде чем обсудить научную ценность цыплят, давайте вспомним основы биологии кур. Как и рептилии и млекопитающие, Gallus gallus относятся к кладе Amniota позвоночных, которая характеризуется наличием внезародышевых оболочек, поддерживающих развитие эмбриона. Эволюция этой системы оболочек внутри яйца позволила предку амниот миллионы лет назад заселить наземную среду, что фактически доказывает, что яйцо появилось первым!

В классе Aves куры относятся к семейству Phasianidae наземных птиц, которые проводят большую часть своей жизни на суше. Птицы, которых мы знаем как вкусный продукт питания, на самом деле являются подвидом Gallus gallus, широко известным как банкивская джунглевая курица, обитающая в Юго-Восточной Азии. Сегодня по всему миру миллиарды кур разводятся для производства мяса и яиц.

Очевидно, что эти птицы составляют значительную часть рациона человека, но что они предпочитают есть? Куры всеядны: они ищут в почве насекомых, семена и растительность. Куры-самки, или несушки, особенно нуждаются в полноценном питании, так как затрачивают много энергии на производство яиц, которые откладываются почти ежедневно. Если рядом находится самец, вы это сразу заметите: петухи крупнее, ярче и гораздо шумнее!

Когда петухи и куры спариваются, жизненный цикл начинается с внутреннего оплодотворения. Спустя 25 часов откладывается яйцо, содержащее многоклеточный эмбрион. После 21 дня инкубации вылупляется цыпленок. У большинства кур половая зрелость наступает к 31 неделе, что завершает цикл.

Теперь давайте разберемся, почему это распространенное сельскохозяйственное животное популярно в научных исследованиях. Во-первых, оплодотворенные куриные яйца легко достать по относительно низкой цене в любое время года. Во-вторых, эксперименты по изучению развития можно точно синхронизировать, регулируя температуру инкубации.

В-третьих, поскольку эмбрион развивается внешне, ученым достаточно прорезать окно в скорлупе, чтобы получить доступ к большинству стадий развития. Эмбрионы также довольно хорошо переносят экспериментальные манипуляции, так как яичный белок, или альбумин, обладает природными антибактериальными свойствами.

И наконец, что не менее важно, геномы курицы и человека высококонсервативны. Несмотря на то, что геном курицы примерно в три раза меньше человеческого, он содержит схожее количество генов. Из них 60% соответствуют человеческому гену и в среднем на 75% идентичны своему человеческому аналогу.

Теперь, когда мы обсудили преимущества использования цыплят в качестве модели, давайте рассмотрим некоторые ключевые открытия, сделанные в этой системе. Исследования цыплят восходят к Древней Греции, когда Аристотель предположил, что внезародышевые оболочки, которые он наблюдал в развивающихся куриных яйцах, а также плацента и пуповина человека, обеспечивают эмбрион жизненно важным питанием. Много лет спустя, в 1672 году, Марчелло Мальпиги впервые описал фундаментальные структуры позвоночных в развивающемся эмбрионе курицы, такие как нейральная трубка, из которой формируется нервная система, и сомиты, которые дадут начало различным тканям, например скелетным мышцам.

В 1817 году Хайнц Кристиан Пандер изучал эмбрионы курицы на ранних стадиях развития и обнаружил три первичных слоя клеток, известных как зародышевые листки. Клетки этих слоев — эктодермы, мезодермы и энтодермы — в дальнейшем формируют все ткани, составляющие организм. За эту работу Пандер получил звание «основателя эмбриологии».

В 1951 году Виктор Гамбургер и Говард Л. Хэмилтон опубликовали серию из 46 стадий развития для идентификации эмбрионов на основе анатомии, от только что снесенных яиц до вылупления. Серия стадий Гамбургера-Хэмилтона дает биологам, изучающим цыплят, способ стандартизации стадий развития исследуемых эмбрионов, что позволяет сократить количество переменных, связанных с различными температурами инкубации.

Также в 1950-х годах Рита Леви-Монтальчини обнаружила загадочный фактор, который вызывал рост нейронов цыплят при воздействии трансплантированных опухолей мыши. Стэнли Коэн помог идентифицировать это неизвестное соединение как NGF, или фактор роста нервов. За эту работу в 1986 году они были удостоены Нобелевской премии.

Теперь, когда мы обсудили, к каким важным открытиям привели исследования на цыплятах, давайте рассмотрим, как цыплят используют в лабораториях сегодня.

Во-первых, эмбрионы кур часто используют для отслеживания ранних перемещений клеток. Чтобы отличать клетки от соседних, ученые пересаживают в эмбрионы кур клетки других видов птиц, например, перепела. С помощью специфических маркеров перепела за клетками наблюдают в течение нескольких дней по мере их встраивания в развивающиеся структуры.

Цыплята также крайне полезны для изучения паттернирования нейронов. Нервную ткань, выделенную из эмбриона, можно использовать для анализа трассировки аксонов, нейронных цепей и даже нейронной активности.

Наконец, хорион-аллантоидальная мембрана, также известная как CAM, представляет собой сильно васкуляризированную мембрану, которая часто используется в исследованиях рака. Эмбрионы кур обладают естественным иммунодефицитом, что позволяет пересаженным раковым клеткам человека легко захватывать кровеносные сосуды внутри CAM для формирования опухолей. Распространение раковых клеток, или метастазирование, можно легко изучать с помощью этого крайне полезного метода анализа.

Вы только что посмотрели вводное видео JoVE о Gallus gallus. В этом ролике был представлен краткий обзор этих птиц, рассмотрены особенности, которые делают их эмбрионы отличными модельными организмами, описаны важные научные открытия, сделанные при изучении цыплят, а также продемонстрированы способы их использования в биологических исследованиях. Спасибо за просмотр!