Summary
Overview
Der Hühnerembryo (Gallus gallus domesticus) ist ein äußerst wertvoller Modellorganismus für die Forschung in der Entwicklungsbiologie, weil zum größten Teil die Entwicklung in einem Ei, das außerhalb der Mutter ausgebrütet wird, stattfindet. Demzufolge können frühe Entwicklungsstadien zugänglich gemacht werden, visualisiert und manipuliert werden, indem einfach ein kleines Loch in der Eierschale gemacht wird. Weil Milliarden von Hühnern Welt weit für Fleisch- und Eierproduktion gehalten werden, können Wissenschaftler einfach und kostengünstig während des ganzen Jahres eine große Anzahl von befruchteten Eiern erwerben. Außerdem teilen Hühner eine signifikante genetische Konservierung mit den Menschen, so dass die genetischen Mechanismen, die gefunden wurden um die Entwicklung in Hühner zu regulieren auch relevant für unsere eigene Biologie ist.
Dieses Video konzentriert sich auf die Einführung der domestizierten Hühner als wissenschaftliches Modell. Die Diskussion beginnt mit einem Rückblick auf die Hühner Phylogenie und enthüllt die Eigenschaften, die sie als Amnioten definiert, wie andere Vögel, Reptilien und Säugetiere. Vorgestellt werden Höhepunkte aus dem Millennium an Hühner Forschung angefangen von Aristoteles Postulate über die Funktion der extraembryonalen Membranen bis hin zum Nobelpreis ausgezeichneten Entdeckungen in der Neurowissenschaft. Darüber hinaus werden einige aktuelle Beispiele für Studien durchgeführt in Hühnerembryonen zu Verfügung gestellt, wie zum Beispiel in vivo Verfolgung von Zellbewegungen während der Entwicklung und der Rekrutierung von Blutgefäßen zur Tumorentwicklung (ein Prozess bekannt als Angiogenese).
Procedure
Das sich entwickelte Huhn oder Küken, auch bekannt als Gallus gallus domesticus, ist ein wichtiges Modellsystem für die biomedizinische Forschung. In jedem Hühnerei ist ein Embryo mit dem genetische und embryologische Veränderungen durchgeführt werden können. Solche Experimente sind wichtig für die menschliche Gesundheit und Krankheiten, aufgrund der Ähnlichkeit zwischen dem menschlichen und dem Hühner-Genom. Dieses Video zeigt einen Überblick des Kükens als Modellsystem, einige der wichtigsten Entdeckungen beim Küken und ein paar spannende Beispiele, wie sie heute in den Laboren eingesetzt werden.
Bevor wir über den wissenschaftlichen Wert des Kükens reden, wollen wir einige grundlegende Fakten über die Biologie des Huhns besprechen. Wie Reptilien und Säugetiere, gehört auch Gallus gallus zu dem Wirbeltierstamm der Amnioten, definiert durch die Anwesenheit von extraembryonaler Membranen, die die Entwicklung des Embryos unterstützen. Die Entwicklung dieses Aufbaus von Membranen im Ei erlaubte es, den Vorfahren der Amnioten vor Millionen von Jahren, an Land zu leben, dies beweist, dass es das Ei war, das zu erst da war!
Innerhalb der Gattung der Aves, gehören Hühner zu der Phasianidae Familie der Landvögel, die den größten Teil ihres Lebens an Land verbringen. Die Vögel, die wir als schmackhafte Nahrungsquelle kennen, sind in der Tat eine Unterart von Gallus gallus, auch bekannt als Bankivahuhn, die in Südostasien beheimatet sind. Heutzutage werden Milliarden von Hühnern für Fleisch und Eierproduktion in der ganzen Welt gezüchtet.
Eindeutig gehören diese Vögel zu einem großen Teil zu der menschlichen Ernährung, aber was essen sie gerne? Hühner sind Allesfresser, die den Boden auf Insekten, Samen und Pflanzen durchkämmen. Weibliche Hühner oder Hennen sind vor allem in der Notwendigkeit einer guten Mahlzeit, da sie viel Energie für die Eierherstellung benötigen, ein Ei wird fast täglich gelegt. Wenn ein männliches Huhn in der Nähe ist, wird man es schnell bemerken, da Hähne größer, bunter und viel lauter sind!
Wenn Hähne und Hennen zusammen kommen um sich zu paaren, beginnt der Lebenszyklus mit der innere Befruchtung. Ein Ei wird 25 Stunden später gelegt und enthält einen mehrzelligen Embryo. Nach 21 Tagen Inkubation schlüpft ein Küken. Die Geschlechtsreife tritt bei den meisten Hühnern in der 31. Wochen ein, was den Kreislauf abschließt.
Nun wollen wir verstehen, warum dieses gewöhnliche Nutztier in der wissenschaftlichen Forschung sehr beliebt ist. Erstens, es ist einfach, befruchtete Hühnereier mit relativ niedrigen Kosten, das ganze Jahr über zu erhalten. Zweitens, können Entwicklungsexperimente durch die Regelung der Inkubationstemperatur zeitlich genau festgelegt werden.
Drittens, da der Embryo sich extern entwickelt, müssen Wissenschaftler nur ein Fenster in die Schale schneiden, um zu den meisten Entwicklungsstadien Zugang zu bekommen. Die Embryonen tolerieren auch experimentelle Manipulationen sehr gut, da das Eiweiß oder Albumin, von Natur aus antibakteriell ist.
Zuletzt sind das Huhn und das menschliche Genom hoch konserviert. Trotz der Tatsache, dass das Genom des Huhnes etwa ein Drittel der Größe des menschlichen Genoms hat, haben sie trotzdem eine ähnliche Anzahl von Genen. Davon korrespondieren 60% zu einem menschlichen Gen und sind im Durchschnitt 75% identisch zu dem menschlichen Gegenstück.
Da wir nun diskutiert haben, was ein Küken zu einem guten Modellorganismus macht, werden wir uns einigen der wichtigsten Entdeckungen in diesem System zuwenden. Die Küken-Forschung stammt aus dem antiken Griechenland, als Aristoteles postulierte, dass die extraembryonale Membranen, die er bei der Entwicklung von Hühnereiern und der menschlichen Plazenta mit Nabelschnur beobachtet hat, beide wichtige Nährstoffe für den Embryo bereitstellen. Viele Jahre später, im Jahre 1672 hat Marcello Malpighi als erster die Grundwirbelstrukturen in der Entwicklung des Hühnerembryos beschrieben wie zum Beispiel das Neuralrohr, dass das Nervensystem bildet; und die Somiten, die multiple Gewebe bilden, wie den Skelettmuskel.
Im Jahre 1817 studierte Heinz Christian Pander Hühnerembryonen im Frühstadium und entdeckte drei ursprüngliche Schichten von Zellen bekannt als Keimblätter. Zellen von diese Schichten: Ektoderm, Mesoderm und Endoderm entwickeln sich zu allen Geweben, aus denen ein Organismus besteht. Für diese Arbeit erhielt Pander den Titel: Der Gründer der Embryologie.
1951 veröffentlichte Viktor Hamburger und Howard L. Hamilton eine 46-teilige Entwicklungsstadien Serie, um Embryonen aus frisch gelegten Eiern bis zum Schlüpfen basierend auf der Anatomie zu identifizieren. Die Hamburger und Hamilton Entwicklungsstadien bieten Küken Biologen die Möglichkeit die Entwicklungsphasen der Embryos die sie studieren zu standardisieren, dadurch konnten Variablen reduziert werden, wie zum Beispiel unterschiedliche Inkubationstemperaturen.
Auch in den 1950er Jahren entdeckte Rita Levi-Montalcini eine geheimnisvolle Verbindung, das Küken Neuronen veranlasst zu wachsen, wenn sie transplantierten Mäusetumoren ausgesetzt sind. Stanley Cohen half bei der Identifizierung dieser unbekannten Verbindung als NGF oder Nervenwachstumsfaktor. Für diese Arbeit bekamen sie 1986 den Nobelpreis.
Da wir nun besprochen haben, wie Küken Forschung zu wichtigen Entdeckungen geführt hat, wollen wir nun einen Blick darauf werfen, wie Küken heute im Labor eingesetzt werden.
Als Erstes werden Hühnerembryonen häufig verwendet, um frühe Zellbewegungen zu verfolgen. Um Zellen von ihren Nachbarn zu unterscheiden, haben Wissenschaftler Zellen von anderen Vogelarten wie die Wachteln in Hühnerembryonen transplantiert. Mit Wachtel spezifischen Markern werden die Zellen über mehrere Tage verfolgt, wie sie beim Aufbau von Strukturen mit eingebaut werden.
Küken sind auch sehr nützlich für die Untersuchung der neuronalen Musterung.
Nervengewebe von einem Embryo kann zur Verfolgung von Axonen, der Untersuchung des Kreislaufes und der neuronalen Aktivitäten verwendet werden.
Zuletzt, die Chorioallantoismembran auch CAM bezeichnet, ist eine stark vaskularisierte Membran, die häufig für die Krebsforschung verwendet wird. Hühnerembryonen sind naturgemäß immundefizient, dies ermöglicht transplantierten menschlichen Krebszellen innerhalb der CAM, Blutgefäße leicht zu requirieren und Tumore zu bilden. Die Ausbreitung von Krebszellen oder Metastasen kann leicht in diesem sehr nützliche Assay untersucht werden.
Das war die Einführung von JoVE zu Gallus gallus. Dieses Video zeigt einen kurzen Überblick über diese Vögel, Merkmale, die Embryonen zu einem guten Modelorganismus macht, wichtige wissenschaftliche Entdeckungen in Küken und ein Einblick in die Möglichkeiten wie sie in der biologischen Forschung eingesetzt werden können. Danke für das Zuschauen!
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