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Biology II: Mouse, Zebrafish, and Chick

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Uma Introdução ao Chick: Gallus gallus domesticus

Overview

O embrião de galinha (Gallus gallus domesticus) é um organismo modelo extremamente valioso para pesquisas em biologia do desenvolvimento, em parte porque a maior parte de seu desenvolvimento ocorre dentro de um ovo que é incubado fora da mãe. Como resultado, os estágios iniciais de desenvolvimento podem ser acessados, visualizados e manipulados simplesmente criando um pequeno buraco na casca de ovo. Como bilhões de galinhas são criadas em todo o mundo para a produção de carne e ovos, os cientistas podem adquirir facilmente e economicamente um grande número de ovos fertilizados ao longo do ano. Além disso, as galinhas compartilham uma conservação genética significativa com os seres humanos, de modo que os mecanismos genéticos encontrados para regular o desenvolvimento de galinhas também são relevantes para nossa própria biologia.

Este vídeo se concentra em introduzir o frango domesticado como um modelo científico. A discussão começa com uma revisão da filogenia de frango, revelando as características que os tornam amniotas, como outras aves, répteis e mamíferos. Destaques dos milênios de pesquisa de frango serão apresentados, desde os postulados de Aristóteles sobre a função de membranas extraembrionárias até descobertas mais recentes, ganhadoras do Prêmio Nobel em neurociência. Além disso, alguns exemplos atuais de estudos realizados em embriões de frango serão fornecidos, como o rastreamento in vivo de movimentos celulares durante o desenvolvimento e o recrutamento de vasos sanguíneos para o desenvolvimento de tumores (processo conhecido como angiogênese).

Procedure

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O frango em desenvolvimento, ou pintinho, formalmente conhecido como Gallus gallus domesticus, é um importante sistema modelo para pesquisa biomédica. Dentro de cada ovo de galinha há um embrião que pode ser submetido a manipulações genéticas e embriológicas. Tal experimentação é relevante para a saúde humana e doença, devido às semelhanças entre genomas humanos e pintinhos. Este vídeo cobre uma visão geral do sistema de modelos de filhotes, algumas descobertas-chave feitas em chick, e alguns exemplos emocionantes de como eles são usados em laboratórios hoje em dia.

Antes de falar sobre o valor científico da garota, vamos rever um pouco de biologia básica de frango. Como répteis e mamíferos, os galos de Gallus pertencem ao vertebrado clade Amniota, definido pela presença de membranas extraembrínicas que apoiam o desenvolvimento de embriões. A evolução desse sistema de membranas dentro do ovo permitiu que o amnioto ancestral habitasse um ambiente terrestre milhões de anos atrás, o que praticamente prova que foi o ovo que veio primeiro!

Dentro da classe Aves, as galinhas pertencem à família Phasianidae de aves terrestres, que passam a maior parte de sua vida em terra. Os pássaros que conhecemos como uma saborosa fonte de alimento são na verdade uma subespécie de Gallus gallus, comumente conhecida como a Ave da Selva Vermelha, que habita o sudeste da Ásia. Hoje, bilhões de galinhas são criadas para a produção de carne e ovos em todo o mundo.

Claramente esses pássaros são uma grande parte da dieta humana, mas o que eles gostam de comer? Galinhas são onívoras que vasculham o chão em busca de insetos, sementes e vegetação. Galinhas fêmeas, ou galinhas, estão especialmente precisando de uma boa refeição, uma vez que eles colocam muita energia na fabricação de ovos, que são colocados quase todos os dias. Se um macho está por perto, você saberá; galos são maiores, mais coloridos, e muito mais alto!

Quando galos e galinhas se reúnem para acasalar, o ciclo de vida começa com fertilização interna. Um ovo é colocado 25 horas depois, contendo um embrião multicelular. Após 21 dias de incubação, um filhote nasce. A maturidade sexual ocorre por 31 semanas na maioria das galinhas, completando o ciclo.

Agora, vamos ver por que este animal de fazenda comum é popular em pesquisas científicas. Em primeiro lugar, é fácil obter ovos de galinha fertilizados a um custo relativamente baixo, durante todo o ano. Em segundo lugar, os experimentos de desenvolvimento podem ser precisamente cronometrados regulando a temperatura da incubação.

Em terceiro lugar, uma vez que o embrião se desenvolve externamente, os cientistas só precisam cortar uma janela na concha para acessar a maioria dos estágios de desenvolvimento. Os embriões também toleram manipulações experimentais muito bem, porque a clara de ovo, ou albumina, é naturalmente antibacteriana.

Por último, mas certamente não menos importante, o frango e os genomas humanos são altamente conservados. Apesar do genoma do frango ser cerca de um terço do tamanho do humano, ele embala um número semelhante de genes. Destes, 60% correspondem a um gene humano, e são, em média, 75% idênticos à sua contraparte humana.

Agora que discutimos o que faz das garotas um grande modelo, vamos rever algumas descobertas importantes feitas neste sistema. A pesquisa de filhotes remonta à Grécia antiga, quando Aristóteles postulou que as membranas extraembriônicas que ele observou no desenvolvimento de ovos de galinha, e a placenta humana e o cordão umbilical, ambos fornecem nutrição crucial para o embrião. Muitos anos depois, em 1672, Marcello Malpighi descreveu pela primeira vez estruturas de vertebrados fundamentais no embrião de frango em desenvolvimento, como o tubo neural, que forma o sistema nervoso; e os somites, que darão origem a múltiplos tecidos, como o músculo esquelético.

Em 1817, Heinz Christian Pander estudou embriões de frango em estágio inicial e descobriu três camadas primordiais de células conhecidas como camadas de germes. Células dessas camadas: o ectoderme, o mesoderme e o endoderme, passam a formar todos os tecidos que compõem um organismo. Por este trabalho, Pander ganhou o título: O Fundador da Embriologia.

Em 1951, Viktor Hamburger e Howard L. Hamilton publicaram uma série de 46 partes para identificar embriões baseados em anatomia, desde ovos recém-colocados até a eclosão. A série de estadiamento de Hamburger e Hamilton fornece aos biólogos de pintinhos uma maneira de padronizar a encenação dos embriões que estudam, reduzindo as variáveis introduzidas por diferentes temperaturas de incubação.

Também na década de 1950, Rita Levi-Montalcini descobriu um fator misterioso que fez com que os neurônios filhotes crescessem quando expostos a tumores de camundongos engrafados. Stanley Cohen ajudou a identificar esse composto desconhecido como NGF, ou fator de crescimento nervoso. Por este trabalho, eles ganharam o Prêmio Nobel em 1986.

Agora que discutimos como a pesquisa de filhotes levou a descobertas importantes, vamos dar uma olhada em como os filhotes são usados em laboratórios hoje.

Primeiro, embriões de frango são frequentemente usados para rastrear movimentos celulares precoces. Para ser capaz de distinguir células de seus vizinhos, cientistas transplantam células de outras espécies aviárias, como a codorna, em embriões de filhotes. Usando marcadores específicos de codorna, as células são seguidas ao longo dos dias à medida que são incorporadas em estruturas em desenvolvimento.

Os filhotes também são extremamente úteis para estudar a padronização neuronal. Tecido neural colhido de um embrião pode ser usado para examinar rastreamento axonal, circuitos e até mesmo atividade neuronal.

Por fim, a membrana corioallantóica, também conhecida como CAM, é uma membrana altamente vascularizada que é frequentemente usada para pesquisas de câncer. Os embriões de frango são naturalmente imunodeficientes, o que permite que células cancerígenas humanas transplantadas comandem prontamente os vasos sanguíneos dentro da CAM para estabelecer tumores. A disseminação de células cancerígenas, ou metástase, pode ser facilmente estudada neste ensaio altamente útil.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE a Gallus Gallus. Este vídeo forneceu uma breve visão geral dessas aves, características que tornam seus embriões grandes organismos modelo, importantes descobertas científicas feitas em filhotes, e um vislumbre das maneiras como eles são usados em pesquisas biológicas. Obrigado por assistir!

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