miniatura|dereita|Escherichia coli é unha bacteria gramnegativa que é modelo de organismo bacteriano. miniatura|Drosophila melanogaster, é un dos organismos modelo máis famosos.
Un organismo modelo é unha especie animal (excluíndo a humana) que se estuda extensamente para comprender determinados procesos biolóxicos, coa expectativa de que os descubrimentos que se realizan con el proporcionarán coñecementos aplicables aos traballos con outros organismos. Os organismos modelo son modelos in vivo e son moi utilizados para investigar doenzas humanas cando a experimentación en humanos non é factible ou sería eticamente reprobable.Griffiths, E. C. (2010) What is a model? Esta estratexia é posible ao teren todos os organismo un antepasado común, e pola conservación de moitas vías metabólicas e de desenvolvemento e familias de xenes no decurso da evolución. O estudo dos organismos modelos é moi informativo sobre procesos biolóxicos xerais e moitos procesos particulares, pero debe terse coidado cando se extrapolan resultados dun organismo a outro.
Selección dun organismo modelo Xeralmente, os organismos modelo son elixidos porque son fáciles para a manipulación experimental. Isto xeralmente depende de características como un ciclo de vida curto, existencia de técnicas para a manipulación xenética (cepas endogámicas, liñas de células nai, e métodos de transformación) e requirimentos de vida non especiais. Ás veces, a disposición do xenoma do organismo facilita a secuenciación do material xenético do organismo, por exemplo, por ser moi compacto ou ter unha baixa proporción de ADN lixo (por exemplo, o lévedo Saccharomyces cerevisiae, a planta Arabidopsis thaliana, ou o peixe Takifugu rubripes). Tamén é importante que o organismo sexa barato de manter e criar.
Cando os investigadores procuran un organismo para usalo nos seus estudos, buscan varios trazos. Entre estes están o tamaño axeitado, tempo de xeración, accesibilidade, doada manipulación, xenética, conservación dos mecanismos, e beneficios económicos potenciais. A medida que a bioloxía molecular comparativa se fixo máis común, algúns investigadores buscaron organismos modelo nunha maior variedade de liñaxes na árbore da vida.
Son modelos aqueles organismos que posúen unha grande riqueza de datos biolóxicos, que os fan atractivos para estudalos como exemplos para outras especies e procesos naturais que son máis difíciles de estudar directamente. A investigación continua nestes organismos está enfocada a unha ampla variedade de técnicas experimentais e obxectivos de moi diferentes campos da bioloxía desde a ecoloxía, comportamento, e biomecánica, ata a escala funcional máis concreta de tecidos, organelos, e proteínas. As investigacións sobre o ADN dos organismos son clasificadas en tres tipos: modelos xenéticos (con organismos con tempos de xeración curtos, como a mosca Drosophila melanogaster e o verme nematodo Caenorhabditis elegans), modelos experimentais, e modelos de parsimonia xenómica, que investigan a posición na árbore evolutiva.
Uso de organismos modelo Hai moitos organismos modelo. Un dos primeiros sistemas modelo para a bioloxía molecular foi a bacteria Escherichia coli, unha especie común na flora intestinal humana. Varios dos virus que infectan a esta bacteria (bacteriófagos) foron tamén moi útiles para o estudo da estrutura xenética e regulación xenética (por exemplo, os fago lambda e o T4). Porén, os bacteriófagos, ao seren virus, non son considerados xeralmente organismos porque carecen de metabolismo e dependen da célula para reproducirse.
Nos eucariotas, hai varios lévedos, especialmente Saccharomyces cerevisiae (o lévedo de panadaría ou de xemación), que foron amplamente utilizados en xenética e bioloxía celular, principalmente porque son de rápido e fácil cultivo. O ciclo celular nun lévedo simple é moi similar ao ciclo celular en humanos e está regulado por proteínas homólogas. A mosca da froita Drosophila melanogaster é estudada porque é fácil de criar, ten varios trazos conxénitos visibles e teñen cromosomas politénicos (xigantes) nas súas glándulas salivares que poden ser examinados baixo a luz do microscopio. O nematodo Caenorhabditis elegans estúdase porque ten padróns de desenvolvemento moi ben definidos con números fixos de células, e poden facerse rapidamente ensaios para procurar anormalidades.
miniatura|dereita|Micrografía electrónica de partículas do virus do mosaico do tabaco (TMV). Este virus utilízase como modelo para o estudo dos virus.
Organismos modelo importantes
Virus Algunhas especies de virus utilízanse como modelo para estudar o funcionamento dos virus e certas características xenéticas. Entre eles están os seguintes: Fago lambda ΦX174. O seu xenoma foi o primeiro de ADN que foi secuenciado e consiste nun círculo con 11 xenes e 5386 pares de bases de lonxitude. SV40 Fago T4 Virus do mosaico do tabaco Virus Herpes Simplex
Procariotas miniatura|dereita|Bacillus subtilis esporulante. Entre os procariotas están:
Escherichia coli. Esta bacteria gramnegativa común é o organismo máis usado en xenética molecular. Bacillus subtilis, unha bacteria grampositiva formadora de endósporas. Caulobacter crescentus, unha bacteria que se divide orixinando dúas células distintas usada para estudar a diferenciación celular. Mycoplasma genitalium, un organismo cun xenoma mínimo Aliivibrio fischeri, bacteria con percepción do quórum, bioluminescencia e simbiose con luras Synechocystis, unha cianobacteria fotosintética moi usada para investigar a fotosíntese. Pseudomonas fluorescens, unha bacteria do solo que facilmente se diversifica en diferentes cepas no laboratorio.
Eucariotas Entre os organismos modelo eucariotas están:
Protistas miniatura|Chlamydomonas reindhartii. Os principais protistas utilizados son: Chlamydomonas reinhardtii - unha alga verde unicelular (considerada protista nas clasificacións tradicionais) usada para estudar a fotosíntese, flaxelos e a motilidade, regulación do metabolismo, recoñecemento célula-célula e adhesión celular, resposta á privación de nutrientes e moitos outros tópicos. A xenética de Chlamydomonas reinhardtii foi ben estudada, e ten moitos mutantes mapados coñecidos e marcadores de secuencias expresadas, e hai métodos avanzados para a transformación xenética e a selección de xenes. A secuencia do xenoma de Chlamydomonas reinhardtii publicouse en 2007.Chlamydomonas genome sequenced published in Science, October 12, 2007 Hai un centro con stocks xenéticos de Chlamydomonas na Universidade de Duke, e un grupo interesado na investigación sobre Chlamydomonas fai xuntanzas regulares para discutir os resultados das investigacións. Chlamydomonas é doada de cultivar en medios definidos baratos. Dictyostelium discoideum utilízase en bioloxía molecular e xenética (o seu xenoma foi secuenciado), e estúdase como exemplo de comunicación celular, diferenciación celular e morte celular programada. Tetrahymena thermophila, un protozoo ciliado de auga doce e vida libre. Emiliania huxleyi, unha alga unicellular mariña cocolitófora, estudada extensamente como modelo de especie do fitoplancto. Thalassiosira pseudonana, unha alga diatomea unicellular mariña, amplamente estudada como modelo de diatomea mariña desde que se publicou o seu xenoma en 2004.
Fungos miniatura|Saccharomyces cerevisiae. Entre os fungos pódense salientar os seguintes:
Ashbya gossypii, patóxeno do algodón, que é suxeito de moitos estudos xenéticos (polaridade, ciclo celular). Aspergillus nidulans, balor suxeito de moitos estudos xenéticos. Coprinus cinereus, cogomelo no que se fixeron estudos xenéticos sobre o desenvolvemento dos cogomelos e a xenética da meiose. Cryptococcus neoformans, patóxeno humano oportunista Cunninghamella elegans modelo fúnxico para o metabolismo de fármacos en mamíferos.Bioanalytical Investigation of Asarone in Connection with Acorus calamus Oil Intoxications. Kristian Björnstad, Anders Helander, Peter Hultén and Olof Beck, Journal of Analytical Toxicology, Volume 33, Number 9, November/December 2009, pages 604-609 (abstrcat)Moody, J. D.; Zhang, D.; Heinze, T. M.; Cerniglia, C. E. (2000). "Transformation of amoxapine by Cunninghamella elegans". Applied and environmental microbiology 66 (8): 3646–3649. doi:10.1128/AEM.66.8.3646-3649.2000. PMC 92200. PMID 10919836.Inducible nature of the steroid 11-hydroxylases in spores of Cunninghamella elegans (Lendner). A. Jaworski, Prof. Dr. L. Sedlaczek, J. Dlugoński and Ewa Zajaczkowska, Journal of Basic Microbiology, Volume 25, Issue 7, pages 423–427, 1985, Neurospora crassa, balor de cor laranxa utilizado en estudos xenéticos da meiose, regulación metabólica e ritmos circadianos. Saccharomyces cerevisiae, lévedo de panadaría ou de xemación, utilizado na fabricación de viño, cervexa e pan e en moitos estudos experimentais. Schizophyllum commune - modelo para a formación dos cogomelos.Ohm, R.; De Jong, J.; Lugones, L.; Aerts, A.; Kothe, E.; Stajich, J.; De Vries, R.; Record, E.; Levasseur, A.; Baker, S. E.; Bartholomew, K. A.; Coutinho, P. M.; Erdmann, S.; Fowler, T. J.; Gathman, A. C.; Lombard, V.; Henrissat, B.; Knabe, N.; Kües, U.; Lilly, W. W.; Lindquist, E.; Lucas, S.; Magnuson, J. K.; Piumi, F. O.; Raudaskoski, M.; Salamov, A.; Schmutz, J.; Schwarze, F. W. M. R.; Vankuyk, P. A.; Horton, J. S. (2010). "Genome sequence of the model mushroom Schizophyllum commune". Nature Biotechnology 28 (9): 957–963. doi:10.1038/nbt.1643. PMID 20622885. Schizosaccharomyces pombe, lévedo de fisión, no que se estuda o ciclo celular, polaridade celular, ARNi, estrutura e función do centrómero, transcrición. Ustilago maydis, lévedo dimórfico e patóxeno da planta do millo, no que se estuda o dimorfismo, a patoxenia de plantas e a transcrición.
Plantas miniatura|Arabidopsis thaliana. Principais plantas usadas como organismos modelo: Arabidopsis thaliana, actualmente é a planta máis utilizada como organismo modelo de planta. Esta dicotiledónea herbácea da familia Brassicaceae está estreitamente relacionada coas plantas da mostaza. O seu pequeno tamaño e curto tempo de xeración facilita os estudos xenéticos,About Arabidopsis on The Arabidopsis Information Resource page (TAIR) e foron mapados moitos mutantes dela fenotípicos e bioquímicos. Arabidopsis foi a primeira planta á que se secuenciou o xenoma. A súa secuencia xenómica, xunto con ampla información sobre Arabidopsis pode atoparse na base de datos TAIR. Utilízase principalmente en fisioloxía vexetal, bioloxía do desenvolvemento, xenética molecular, xenética de poboacións, citoloxía e bioloxía molecular. O xénero Boechera combina algunhas das idoneidades experimentais e ferramentas xenéticas desenvolvidas para ao seu parente próximo Arabidopsis cunha historia natural moi pouco distorsionada, o que a fai un sistema modelo moi prometedor para a investigación en xenética, xenómica, ecoloxía e evolución. O xénero inclúe especies co raro trazo da apomixe no nivel diploide. Utilízase principalmente en ecoloxía evolutiva, xenética de poboacións, ecoloxía molecular, bioloxía evolutiva, xenética ecolóxica, e xenética evolutiva. Selaginella moellendorffii é o resto que queda dunha antiga liñaxe de plantas vasculares que é clave para entender a evolución das plantas terrestres. Ten un xenoma de pequeno tamaño (~110Mb) e a súa secuencia foi publicada polo Joint Genome Institute en 2008. Utilízase principalmente en bioloxía evolutiva e bioloxía molecular. Brachypodium distachyon é un modelo experimental emerxente de planta herbácea que ten moitos atributos que a fan un excelente modelo para os cereais de climas temperados. Utilízase principalmente en agronomía, bioloxía molecular e xenética. Setaria viridis é un modélo de planta herbácea emerxente para o estudo da fotosíntese C4 e plantas bioenerxénticas relacionadas.