מבוא לדג הזברה: דניו ריו

דניו ריו, או דגי זברה, הם דגים קטנים שעושים סנסציה גדולה במחקר הביו-רפואי. דגי זברה מטילים מאות ביצים המתפתחות חיצונית, ומאפשרות למדענים לבצע מניפולציות גנטיות ולנטר פנוטיפים מוקדמים באורגניזם מורכב. מאחר שהם חולקים את רוב הגנום שלהם עם בני אדם, מחקר דגי הזברה עוזר לנו בדרכנו להבין ולטפל במחלות אנושיות. וידאו זה יספק סקירה של דגי הזברה, התכונות שהופכות אותם לדגמים נהדרים, וחלק מהדרכים שבהן הם משמשים במעבדות כיום.

לפני שנדבר על כל מדע הדגים הזה, בואו נכיר את דגי הזברה. כמו עכברים ובני אדם, דגי זברה הם בעלי חוליות, כלומר יש להם עמוד שדרה.

באופן ספציפי, דגי זברה הם דגים גרמיים בכיתה Actinopterygii, המאופיינת בנוכחות קרניים גרמיות בסנפירים שלהם. ליתר דיוק, דגי הזברה שייכים למשפחת החוליות הגדולה ביותר: קפריסאי, המכילה מעל 2,400 מינים, כולל דג הזהב החביב.

דניו rerio הם בין החברים הקטנים ביותר של משפחה זו, עם מבוגרים מדידה 30 - 40 מילימטרים, או על 1.5 אינץ ', ארוך. דגי זברה מקבלים את שמם משום שהם דומים לזברות. לא, לא בדיוק ככה. השם נובע מהפסים המאריכים את אורך גופם בצורת טורפדו.

דגי זברה מקורם באזור ההימלאיה, שם הם נמצאים בגופות איטיות של מים מתוקים. עם זאת, אתה לא צריך לנסוע רחוק מאוד כדי למצוא אותם, כמו Danios הם דגים קשוחים כי הם מרכיבים של אקווריומים ביתיים.

מחזור החיים של דגי הזברה מתקדם דרך 4 שלבים התפתחותיים עיקריים: עוברים, זחלים, נוער ומבוגרים. המחזור מתחיל כאשר ביצים וזרע משתחררים על ידי זוג הזדווגות. לאחר ההפריה, השלבים הראשונים של התפתחות התקדמות במהירות, עם עוברים בוקעים לתוך זחלים על ידי 3 ימים לאחר ההפריה, או dpf. מנקודה זו, התקדמות למבוגר בוגר מינית דורשת חודשיים עד שלושה חודשים נוספים.

עכשיו שאנחנו יודעים קצת על דגי זברה בטבע, בואו נסקור מדוע הם כל כך יקרים במעבדה. ראשית, דגי זברה יכולים להיות שוכנים בצפיפות גבוהה והם פשוטים לטיפול, מה שהופך אותם פחות יקרים לתחזוקה מאשר מודלים בעלי חוליות אחרים.

לאחר מכן, דגי זברה הם פוריים ביותר. נקבות בוגרות יכולות להטיל מאות ביצים על בסיס שבועי.

ההתפתחות החיצונית של עוברים דגי זברה היא נוחה ביותר, בגלל הקלות שבה ביטוי גנים יכול להיות מניפולציה על ידי טכניקות מיקרו-שיתוף. בנוסף, מאז עוברים שקופים, תהליכים התפתחותיים מוקדמים ניתן לראות בתוך האורגניזם החי.

חשוב לציין, דגי זברה מחזיקים גם במידה גבוהה של שימור גנטי עם בעלי חוליות גבוהים יותר, כולל בני אדם. הגנום של דגי הזברה מכיל 25 כרומוזומים ו-1.5 מיליארד זוגות בסיס, שהם כמחצית מגודל הגנום האנושי. עם זאת, לכ-70% מכלל הגנים האנושיים, ול-80% מכלל הגנים הידועים הקשורים למחלות אנושיות יש לפחות מקבילה אחת של דגי זברה.

עכשיו שאתם יודעים למה דגי זברה הם אורגניזמים נהדרים, בואו נסתכל על איך הם הרוויחו את הפסים שלהם במעבדה. בשנות השבעים היה ג'ורג' סטרייזינגר חלוץ בהקמת דג הזברה. באותה תקופה, מספר קבוצות חקרו את הבסיס הגנטי להתפתחות זבובים ותולעים. כחובב דגים, סטרייזינגר זיהה את הפוטנציאל של דגי הזברה כמודל התפתחות בעל חוליות. סטרייזינגר פיתח טכניקות לייצור עוברים "גינוגנטיים", שהחומר הגנטי שלהם נובע כולו מהאם, ובכך צמצם את זמן הדור הנדרש להשגת מוטציות הומוזיגוס.

רק ב-1995 תרמו צ'ארלס קימל ועמיתיו אפיון יסודי של התפתחות דגי זברה רגילים לתחום.

שנה לאחר מכן, כריסטיאן נוסלין-וולהארד, מארק פישמן וולפגנג דריבר פרסמו את תוצאות הבחינה הגנטית הראשונה בקנה מידה גדול של חוליות, שנערך בבוסטון, מסצ'וסטס וטובינגן, גרמניה. מסך דגי הזברה, שעוצב על פי עבודתו של נוסליין-וולהארד בדרוסופילה, תוכנן כדי לזהות גנים הדרושים להתפתחות עוברית. התוצאות כללו קטלוג של יותר מ-2,000 דגי זברה מוטנטיים. ניתוח המוטנטים האלה לימד אותנו מאז רבות על הביולוגיה שלנו.

בשנת 2005, קית' צ'אנג ועמיתיו שיכפלו את slc24a5: הגן האחראי על פיגמנטציה חריגה במוטנט דגי הזברה הזהובים. הפנוטיפ הזהוב נתן השראה לגילוי של צ'אנג כי גן מסוים זה נדרש בתאי עור דגים ואנושיים לסינתזה של מלנין הפיגמנט, וכי שינויים בחלבון קשורים קשר הדוק לשינויים טבעיים בצבע העור האנושי.

בשנת 2011, חוקרים במעבדה של לאונרד זון השתמשו בעוברי דגי זברה כדי לזהות טיפול חדשני למלנומה. במסך כימי, הם גילו סוג של תרופות, כולל לפלונומייד, שהאט את הצמיחה של תאים התורמים למלנומה. עכשיו בניסויים קליניים, לפלונומייד הוא רק דוגמה אחת של טיפולית חדשנית צפוי להתגלות במסכי דגי זברה תפוקה גבוהה.

עכשיו שיש לכם תחושה של הערך של דג הזברה, בואו נסתכל על כמה מהדרכים שבהן דגים משמשים במעבדות היום.

בתור התחלה, דגי זברה שימושיים מאוד לדגמן מחלות אנושיות מתישות. מצבי מחלה ניתן לשכפל בקלות על ידי microinjection של עוברים מוקדמים כדי לשנות את ביטוי החלבון. זה יכול להיות מושגת גם על ידי מוטציות גנטיות, כגון מודל זה של ניוון שרירים Duchenne, אשר מציג תגובה חריגה למגע.

מאז מערכת החיסון המולדת שלהם מתפתחת בימים הראשונים לאחר ההפריה, עוברים דג זברה שימושיים גם לחקר מחלות זיהומיות. במחקר זה, חיידקים הוזרקו למחזור הדם, והתגובה המארחת הוצגה בזמן אמת באמצעות קווים מהונדסים עם מקרופאגים פלואורסצנטיים.

הודות לשקיפות שלהם, עוברים דגי זברה מקובלים גם על טכניקה חדשנית של מדעי המוח הנקראת אופטוגנטיקה. חוקרים אלה מהונדסים עובר המבטא חלבון בתאי עצב מבודדים, המאפשר להם להפעיל את התא באופן אופטי ולקבוע את תפקודו הספציפי במעגל עצבי.

הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE לדג הזברה, דניו ריו. בסרטון זה, הדגמנו כי דגי זברה הם אורגניזם ייחודי מודל חוליות עם רבים מהיתרונות של מערכות חוליות. בעתיד, דגי זברה צפויים למלא תפקיד משמעותי בשיפור הבנתנו את המחלה האנושית ואת גילוי טיפולי שימושיים קלינית. תודה שצפיתם!