Overview
עובר העוף(Gallus gallus domesticus)הוא אורגניזם מודל בעל ערך רב למחקר בביולוגיה התפתחותית, בין היתר משום שרוב התפתחותם מתרחשת בתוך ביצה המוגרת מחוץ לאם. כתוצאה מכך, ניתן לגשת לשלבים התפתחותיים מוקדמים, לדמיין ולתומרן על ידי פשוט יצירת חור קטן בקליפת הביצה. מאחר שמיליארדי תרנגולות גדלות ברחבי העולם לייצור בשר וביצית, מדענים יכולים לרכוש בקלות ובכלכלה מספר רב של ביצים מופרות לאורך כל השנה. יתר על כן, תרנגולות חולקות שימור גנטי משמעותי עם בני אדם, ולכן המנגנונים הגנטיים שנמצאו כדי לווסת את התפתחות העוף רלוונטיים גם לביולוגיה שלנו.
וידאו זה מתמקד בהצגת העוף המבוית כמודל מדעי. הדיון מתחיל בסקירה של פילוגניה של תרנגולות, החושפת את התכונות שהופכות אותם למים, כמו ציפורים אחרות, זוחלים ויונקים. דגשים מתוך אלפי שנים של מחקר עוף יוצגו, החל מההנחות של אריסטו על הפונקציה של ממברנות חוץ עובריות לתגליות האחרונות, זוכות פרס נובל במדעי המוח. בנוסף, כמה דוגמאות עדכניות של מחקרים המבוצעים בעוברי עוף יסופקו, כגון מעקב vivo של תנועות התא במהלך הפיתוח וגיוס כלי דם לפתח גידולים (תהליך המכונה אנגיוגנזה).
Procedure
העוף המתפתח, או אפרוח, הידוע באופן רשמי בשם גאלוס גאלוס ביתיות, היא מערכת מודל חשובה למחקר ביו-רפואי. בתוך כל ביצת תרנגולת נמצא עובר שיכול להיות נתון למניפולציות גנטיות ועובריות. ניסויים כאלה רלוונטיים לבריאות האדם ולמחלות, בגלל הדמיון בין הגנום האנושי לגוזל. וידאו זה מכסה סקירה של מערכת מודל אפרוח, כמה תגליות מפתח שנעשו אפרוח, וכמה דוגמאות מרגשות של איך הם משמשים במעבדות היום.
לפני שנדבר על הערך המדעי של האפרוח, בואו נסקור קצת ביולוגיה בסיסית של עוף. כמו זוחלים ויונקים, גאלוס גאלוס שייך לאמירונית החולייתית, המוגדרת על ידי נוכחות של ממברנות חוץ-מבירוניות התומכות בהתפתחות העובר. האבולוציה של מערכת ממברנות זו בתוך הביצה אפשרה לפי מי השפיר של אבותיו לאכלס סביבה יבשתית לפני מיליוני שנים, מה שדי מוכיח שהביצה הייתה הראשונה!
בתוך הכיתה Aves, תרנגולות שייכות למשפחה Phasianidae של ציפורים יבשתיות, אשר מבלים את רוב חייהם על היבשה. הציפורים שאנו מכירים כמקור מזון טעים הן למעשה תת-מינים של גאלוס גאלוס, הידוע בכינויו עופות הג'ונגל האדומים, המאכלסים את דרום מזרח אסיה. כיום, מיליארדי תרנגולות גדלות לייצור בשר וביצה בכל רחבי העולם.
ברור שהציפורים האלה הן חלק גדול מהתזונה האנושית, אבל מה הן אוהבות לאכול? תרנגולות הן אוכלי כל שסורקים את האדמה עבור חרקים, זרעים וצמחייה. תרנגולות נקבה, או תרנגולות, זקוקים במיוחד לארוחה טובה שכן הם משקיעים הרבה אנרגיה להכנת ביצים, אשר מוטלים כמעט כל יום. אם זכר בסביבה, אתה תדע את זה; תרנגולים גדולים יותר, צבעוניים יותר, והרבה יותר חזקים!
כאשר תרנגולים ותרנגולות נפגשים כדי להזדווג, מחזור החיים מתחיל בהפריה פנימית. ביצה מוטלת 25 שעות מאוחר יותר, המכילה עובר רב תאי. לאחר 21 ימים של דגירה, אפרוח בוקע. בגרות מינית מתרחשת על ידי 31 שבועות ברוב התרנגולות, השלמת המחזור.
עכשיו, בואו נראה מדוע חיית החווה הנפוצה הזו פופולרית במחקר מדעי. ראשית, קל להשיג ביצי עוף מופרות בעלות נמוכה יחסית, כל השנה. שנית, ניסויים התפתחותיים יכולים להיות מתוזמן במדויק על ידי ויסות טמפרטורת הדגירה.
שלישית, מכיוון שהעובר מתפתח חיצונית, מדענים צריכים רק לחתוך חלון במעטפת כדי לגשת לרוב השלבים ההתפתחותיים. העוברים גם סובלים מניפולציות ניסיוניות די טוב, כי לבן ביצה, או אלבומין, הוא אנטיבקטריאלי באופן טבעי.
אחרון חביב, העוף והגנום האנושי נשמרים מאוד. למרות העובדה שגנום העוף הוא כשליש מגודלו של האדם, הוא אורז מספר דומה של גנים. מתוה אלה, 60% תואמים גן אנושי, והם בממוצע 75% זהים למקבילם האנושי.
עכשיו כשדיברנו על מה שהופך אפרוחים למודל נהדר, בואו נסקור כמה תגליות מרכזיות שנעשו במערכת זו. מחקר אפרוחים מתוארך ליוון העתיקה, כאשר אריסטו הניחו כי הממברנות החוץ-מבירוניות שהוא הבחין בהן בפיתוח ביצי תרנגולות, והשליה האנושית וחבל הטבור, מספקות שתיהן תזונה חיונית לעובר. שנים רבות לאחר מכן, בשנת 1672, מרצ'לו Malpighi תיאר לראשונה מבנים חולייתיים בסיסיים בעובר העוף המתפתח, כגון הצינור העצבי, אשר יוצר את מערכת העצבים; ואת הסומיטים, אשר יוליד רקמות מרובות, כמו שריר השלד.
בשנת 1817 חקר היינץ כריסטיאן פנדר עוברי עוף בשלב מוקדם וגילה שלוש שכבות ראשוניות של תאים המכונים שכבות הנבט. תאים משכבות אלה: ectoderm, mesoderm, ו endoderm, להמשיך ליצור את כל הרקמות המרכיבות אורגניזם. על עבודה זו זכה פנדר בתואר: מייסד אמבריולוגיה.
בשנת 1951, ויקטור המבורגר והווארד ל. המילטון פרסמו סדרת בימוי בת 46 חלקים לזיהוי עוברים המבוססים על אנטומיה, מביצים טריות ועד לבקוע. סדרת הבימוי המבורגר והמילטון מספקת לביולוגים אפרוחים דרך לתקנן את היערכות העוברים שהם חוקרים, תוך צמצום המשתנים שהוכנסו על ידי טמפרטורות דגירה שונות.
גם בשנות ה-50 גילתה ריטה לוי-מונטלצ'יני גורם מסתורי שגרם לנוירונים של אפרוחים לגדול כאשר נחשפו לגידולי עכבר חקוקים. סטנלי כהן עזר לזהות את המתחם הלא ידוע הזה כ-NGF, או גורם גדילה עצבי. על עבודה זו הם זכו בפרס נובל בשנת 1986.
עכשיו כשדיברנו על איך מחקר אפרוחים הוביל לתגליות חשובות, בואו נסתכל על האופן שבו משתמשים בגוזלים במעבדות היום.
ראשית, עוברי עוף משמשים לעתים קרובות כדי לעקוב אחר תנועות תאים מוקדמות. כדי להיות מסוגלים להבחין בין תאים לשכניהם, מדענים משתלים תאים ממיני עופות אחרים, כמו שליו, לעוברי אפרוח. באמצעות סמנים ספציפיים שליו, התאים הם אחריו במשך ימים כפי שהם משולבים לתוך מבנים מתפתחים.
אפרוחים הם גם מאוד שימושי לחקר דפוסים עצביים. רקמה עצבית שנקצרה מעובר יכולה לשמש לבחינת מעקב אקסוני, מעגלים חשמליים ואפילו פעילות עצבית.
לבסוף, הממברנה chorioallantoic, הידוע גם בשם CAM, הוא קרום כלי דם מאוד המשמש לעתים קרובות לחקר הסרטן. עוברי עוף הם חיסוניים באופן טבעי, המאפשר לתאי סרטן אנושיים מושתלים להשתלט בקלות על כלי הדם בתוך ה- CAM כדי להקים גידולים. התפשטות של תאים סרטניים, או גרורות, ניתן ללמוד בקלות זה מבדק שימושי מאוד.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לגאלוס גאלוס. וידאו זה סיפק סקירה קצרה של ציפורים אלה, תכונות שהופכות את העוברים שלהם אורגניזמים מודל גדול, תגליות מדעיות חשובות שנעשו אפרוח, הצצה לדרכים שבהן הם משמשים במחקר ביולוגי. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
לא הוכרזו ניגודי אינטרסים.
