Civcivlere Giriş: Gallus gallus domesticus

Resmi adı Gallus gallus domesticus olan gelişmekte olan tavuk veya civciv, biyomedikal araştırmalar için önemli bir model sistemdir. Her tavuk yumurtasının içinde genetik ve embriyolojik manipülasyonlara tabi tutulabilecek bir embriyo bulunur. İnsan ve civciv genomları arasındaki benzerlikler nedeniyle, bu tür deneyler insan sağlığı ve hastalıkları açısından önem taşımaktadır. Bu video, civciv model sistemine genel bir bakış, civcivler üzerinde yapılan bazı temel keşifler ve günümüzde laboratuvarlarda nasıl kullanıldıklarına dair birkaç heyecan verici örneği kapsamaktadır.

Civcivin bilimsel değerinden bahsetmeden önce, temel tavuk biyolojisini gözden geçirelim. Sürüngenler ve memeliler gibi, Gallus gallus da embriyo gelişimini destekleyen ekstraembriyonik membranların varlığıyla tanımlanan Amniota omurgalı kladına aittir. Yumurta içindeki bu membran sisteminin evrimi, milyonlarca yıl önce atası amniotun kara ortamında yaşamasına olanak sağlamıştır; bu da aslında önce yumurtanın geldiğini kanıtlar!

Aves sınıfı içerisinde tavuklar, yaşamlarının çoğunu karada geçiren kara kuşlarının Phasianidae ailesine aittir. Lezzetli bir gıda kaynağı olarak bildiğimiz kuşlar, aslında Güneydoğu Asya'da yaşayan ve yaygın olarak Kırmızı Orman Tavuğu olarak bilinen Gallus gallus'un bir alt türüdür. Bugün, dünya genelinde et ve yumurta üretimi için milyarlarca tavuk yetiştirilmektedir.

Bu kuşların insan diyetinin büyük bir parçası olduğu açık, peki ama ne yemeyi severler? Tavuklar, yerde böcek, tohum ve bitkileri araştıran omnivorlardır. Dişi tavuklar veya yumurtlayanlar, neredeyse her gün yumurtladıkları için yumurta üretimine çok fazla enerji harcadıklarından özellikle iyi bir beslenmeye ihtiyaç duyarlar. Eğer etrafta bir erkek varsa bunu anlarsınız; horozlar daha büyük, daha renkli ve çok daha gürültülüdür!

Horozlar ve tavuklar çiftleşmek için bir araya geldiğinde, yaşam döngüsü internal fertilizasyon ile başlar. 25 saat sonra, çok hücreli bir embriyo içeren bir yumurta bırakılır. 21 günlük inkübasyonun ardından bir civciv çıkar. Çoğu tavukta cinsel olgunluk 31. haftaya kadar gerçekleşerek döngüyü tamamlar.

Şimdi, bu yaygın çiftlik hayvanının bilimsel araştırmalarda neden popüler olduğunu görelim. İlk olarak, döllenmiş tavuk yumurtalarını yıl boyunca nispeten düşük bir maliyetle elde etmek kolaydır. İkinci olarak, inkübasyon sıcaklığı düzenlenerek gelişimsel deneylerin zamanlaması hassas bir şekilde ayarlanabilir.

Üçüncü olarak, embriyo dışarıda geliştiği için bilim insanlarının çoğu gelişim aşamasına erişmek için kabukta bir pencere açmaları yeterlidir. Ayrıca, yumurta akı veya albümin doğal olarak antibakteriyel olduğu için embriyolar deneysel manipülasyonları oldukça iyi tolere ederler.

Son olarak, ancak kesinlikle bir o kadar önemli olan nokta, tavuk ve insan genomlarının yüksek düzeyde korunmuş olmasıdır. Tavuk genomu, insan genomunun yaklaşık üçte biri boyutunda olmasına rağmen benzer sayıda gen barındırır. Bunların %60'ı bir insan genine karşılık gelir ve insan karşılıklarıyla ortalama %75 oranında özdeştir.

Civcivlerin neden harika bir model olduğunu tartıştıktan sonra, bu sistemde yapılan bazı temel keşifleri gözden geçirelim. Civciv araştırmaları, Aristoteles'in gelişmekte olan tavuk yumurtalarında gözlemlediği ekstraembriyonik membranların, insan plasentası ve göbek kordonunun her ikisinin de embriyoya kritik besinler sağladığını öne sürdüğü antik Yunan'a kadar uzanır. Yıllar sonra, 1672'de Marcello Malpighi, gelişmekte olan tavuk embriyosundaki, sinir sistemini oluşturan nöral tüp ve iskelet kası gibi birçok dokuya kaynaklık edecek somitler gibi temel omurgalı yapılarını ilk kez tanımlamıştır.

1817 yılında Heinz Christian Pander, erken evre tavuk embriyolarını incelemiş ve germ tabakaları olarak bilinen üç primordiyal hücre tabakasını keşfetmiştir. Bu tabakalardan (ektoderm, mezoderm ve endoderm) gelen hücreler, bir organizmayı oluşturan tüm dokuları meydana getirir. Pander, bu çalışmasıyla "Embriyolojinin Kurucusu" unvanını kazanmıştır.

1951'de Viktor Hamburger ve Howard L. Hamilton, yeni yumurtlanmış yumurtalardan kuluçka aşamasına kadar embriyoları anatomiye göre tanımlayan 46 bölümlük bir evreleme serisi yayınladılar. Hamburger ve Hamilton evreleme serisi, civciv biyologlarına çalıştıkları embriyoların evrelemesini standartlaştırma imkanı sunarak, farklı inkübasyon sıcaklıklarının neden olduğu değişkenlikleri azaltmaktadır.

Yine 1950'lerde Rita Levi-Montalcini, nakledilmiş fare tümörlerine maruz kaldıklarında civciv nöronlarının büyümesine neden olan gizemli bir faktör keşfetti. Stanley Cohen, bu bilinmeyen bileşiğin NGF veya sinir büyüme faktörü olduğunun belirlenmesine yardımcı oldu. Bu çalışmalarıyla 1986 yılında Nobel Ödülü kazandılar.

Civciv araştırmalarının nasıl önemli keşiflere yol açtığını tartıştıktan sonra, günümüzde civcivlerin laboratuvarlarda nasıl kullanıldığına bir göz atalım.

İlk olarak, tavuk embriyoları erken hücre hareketlerini izlemek için sıklıkla kullanılır. Hücreleri komşularından ayırt edebilmek için bilim insanları, bıldırcın gibi diğer kuş türlerinden aldıkları hücreleri tavuk embriyolarına naklederler. Bıldırcına özgü belirteçler kullanılarak, hücreler gelişmekte olan yapılara dahil olurken günler boyunca takip edilir.

Civcivler ayrıca nöronal örüntülerin incelenmesi için de son derece kullanışlıdır. Bir embriyodan alınan sinir dokusu; aksonal izleme, devre yapısı ve hatta nöronal aktiviteyi incelemek için kullanılabilir.

Son olarak, CAM olarak da bilinen koryoallantoik membran, kanser araştırmaları için sıklıkla kullanılan, yoğun şekilde damarlanmış bir membrandır. Tavuk embriyoları doğal olarak immün yetersizliğe sahiptir; bu durum, nakledilen insan kanser hücrelerinin tümör oluşturmak için CAM içindeki kan damarlarını kolayca ele geçirmesine olanak tanır. Kanserli hücrelerin yayılımı veya metastaz, bu oldukça kullanışlı analiz yöntemiyle kolayca incelenebilir.

JoVE'nin Gallus gallus tanıtımını izlediniz. Bu video, bu kuşlar hakkında kısa bir genel bakış, embriyolarını harika model organizmalar yapan özellikler, civcivler üzerinde yapılan önemli bilimsel keşifler ve biyolojik araştırmalarda kullanım yöntemlerine dair bir önizleme sunmuştur. İzlediğiniz için teşekkürler!