stringtranslate.com

Курица как модель биологического исследования

Куры ( Gallus gallus domesticus ) и их яйца широко использовались в качестве исследовательских моделей на протяжении всей истории биологии. Сегодня они продолжают служить важной моделью для нормальной биологии человека, а также для патологических процессов заболеваний.

Куриное яйцо.

История

Куриные эмбрионы как исследовательская модель

Человеческое увлечение курицей и ее яйцом настолько глубоко укоренилось в истории, что трудно сказать, когда именно началось исследование птиц. Еще в 1400 году до нашей эры древние египтяне искусственно инкубировали куриные яйца, чтобы расширить свой запас пищи. Развивающийся цыпленок в яйце впервые появляется в письменной истории после того, как привлек внимание известного греческого философа Аристотеля около 350 года до нашей эры. Когда Аристотель вскрывал куриные яйца в различные моменты инкубации, он отмечал, как организм менялся с течением времени. В своем труде Historia Animalium он представил некоторые из самых ранних исследований эмбриологии, основанных на его наблюдениях за курицей в яйце.

Аристотель признавал значительные сходства между развитием человека и курицы. Изучая развитие курицы, он смог правильно расшифровать роль плаценты и пуповины у человека.

Исследования цыплят XVI века значительно модернизировали представления о физиологии человека. Европейские ученые, включая Улисса Альдрованди , Фольчера Котье и Уильяма Харви , использовали цыплят для демонстрации дифференциации тканей , опровергая широко распространенное мнение того времени о том, что организмы «заранее сформированы» во взрослой версии и только увеличиваются в размерах в процессе развития. Были выявлены отдельные области тканей, которые росли и давали начало определенным структурам, включая бластодерму , или куриное происхождение. Харви также внимательно следил за развитием сердца и крови и был первым, кто заметил направленный поток крови между венами и артериями. Относительно большой размер цыпленка как модельного организма позволил ученым того времени сделать эти важные наблюдения без помощи микроскопа.

Расширение использования микроскопа в сочетании с новой техникой в ​​конце 18 века открыло возможность для детального изучения развивающегося цыпленка. Прорезав отверстие в яичной скорлупе и накрыв его другим куском скорлупы, ученые смогли заглянуть прямо в яйцо, пока оно продолжало развиваться без обезвоживания. Вскоре исследования развивающегося цыпленка выявили три эмбриональных зародышевых слоя : эктодерму , мезодерму и энтодерму , что дало начало области эмбриологии .

Реакция хозяина против трансплантата была впервые описана в курином эмбрионе. Джеймс Мерфи (биолог) (1914) обнаружил, что ткани крысы, которые не могли расти у взрослых цыплят, выживали в развивающемся цыпленке. У иммунокомпетентного животного, такого как взрослая курица, иммунные клетки хозяина атакуют чужеродную ткань. Поскольку иммунная система цыпленка не функционирует до примерно 14-го дня инкубации, чужеродная ткань может расти. В конце концов, Мерфи показал, что принятие тканевых трансплантатов было специфичным для хозяина у иммунологически компетентных животных. [1] [2]

Когда-то выращивание вируса было технически сложным. В 1931 году Эрнест Гудпасчер и Элис Майлз Вудрафф разработали новую технологию, которая использовала куриные яйца для размножения вируса оспы. [3] Опираясь на их успех, цыпленок был использован для выделения вируса эпидемического паротита для разработки вакцины, и он до сих пор используется для выращивания некоторых вирусов и паразитов сегодня.

Способность куриных эмбриональных нервов проникать в мышиную опухоль навела Ритту Леви-Монтальчини на мысль , что опухоль должна вырабатывать диффузный фактор роста (1952). Она идентифицировала фактор роста нервов (NGF), что привело к открытию большого семейства факторов роста, которые являются ключевыми регуляторами во время нормального развития и патологических процессов, включая рак. [4]

Взрослая курица как исследовательская модель

Взрослая курица также внесла значительный вклад в развитие науки. Прививая курам бактерии холеры (Pasteurella multocida) из переросшей и, таким образом, ослабленной культуры, Луи Пастер создал первую лабораторно полученную ослабленную вакцину (1860-е годы). Большие достижения в иммунологии и онкологии продолжали характеризовать XX век, за что мы обязаны куриной модели.

Пейтон Раус (1879-1970) получил Нобелевскую премию за открытие того, что вирусная инфекция кур может вызывать саркому (Rous, 1911). Стив Мартин продолжил эту работу и идентифицировал компонент ретровируса кур, Src, который стал первым известным онкогеном. Дж. Майкл Бишоп и Гарольд Вармус с коллегами (1976) распространили эти открытия на людей, показав, что вызывающие рак онкогены у млекопитающих индуцируются мутациями в протоонкогенах. [5] [6]

Открытия в курице в конечном итоге разделили адаптивный иммунный ответ на реакции антител (B-клетки) и клеточно-опосредованные (T-клетки). Куры, у которых отсутствовала сумка , орган с неизвестной функцией в то время, не могли быть вызваны для выработки антител. С помощью этих экспериментов Брюс Глик правильно сделал вывод, что сумка отвечает за выработку клеток, которые вырабатывают антитела. [7] Клетки сумки были названы B-клетками для Бурсы, чтобы отличить их от Т-клеток, полученных из тимуса.

Рак

Куриный эмбрион — уникальная модель, которая преодолевает множество ограничений в изучении биологии рака in vivo. Хориоаллантоисная мембрана (CAM), хорошо васкуляризированная внеэмбриональная ткань, расположенная под яичной скорлупой, имеет успешную историю в качестве биологической платформы для молекулярного анализа рака, включая вирусный онкогенез , [8] канцерогенез , [9] ксенотрансплантацию опухолей , [1] [10] [11] [12] [13] ангиогенез опухолей , [14] и метастазирование рака . [15] [16] [17] [18] Поскольку куриный эмбрион от природы иммунодефицитен, CAM легко поддерживает приживление как нормальных, так и опухолевых тканей. [18] Птичий CAM успешно поддерживает большинство характеристик раковых клеток, включая рост, инвазию, ангиогенез и ремоделирование микросреды. Модель куриного яйца также может быть использована для оценки различных неблагоприятных эффектов (например, генотоксичности, гистопатологических изменений), вызываемых химическими веществами окружающей среды, включая канцерогены. [19] [20] [21]

Генетика

Геном Gallus gallus был секвенирован методом дробовика Сэнгера [22] и картирован с помощью обширного физического картирования на основе контигов BAC. [23] Между геномами человека и курицы имеются существенные фундаментальные сходства. Однако различия между геномами человека и курицы помогают идентифицировать функциональные элементы: гены и их регуляторные элементы, которые, скорее всего, сохранятся с течением времени. Публикация генома курицы позволяет расширить трансгенные методы для продвижения исследований в рамках модельной системы курицы. [ необходима цитата ]

Ссылки

  1. ^ ab Murphy, JB (1914). «Факторы устойчивости к гетеропластической пересадке тканей: Исследования тканевой специфичности Часть III». Журнал экспериментальной медицины . 19 (5): 513–522. doi :10.1084/jem.19.5.513. PMC 2125188. PMID 19867789  . 
  2. ^ Мерфи, Дж. Б. (1914). «Исследования тканевой специфичности. Часть II: Окончательная судьба тканей млекопитающих, имплантированных в куриный эмбрион». Журнал экспериментальной медицины . 19 (2): 181–186. doi :10.1084/jem.19.2.181. PMC 2125151. PMID 19867756  . 
  3. ^ Вудрафф, AM; Гудпасчер, EW (1931). «Восприимчивость хориоаллантоисной мембраны куриных эмбрионов к заражению вирусом оспы птиц». Американский журнал патологии . 7 (3): 209–222. PMC 2062632. PMID  19969963 . 
  4. ^ Леви-Монтальчини, Р. (1952). «Влияние трансплантации опухолей у мышей на нервную систему». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 55 (2): 330–344. Bibcode : 1952NYASA..55..330L. doi : 10.1111/j.1749-6632.1952.tb26548.x. PMID  12977049. S2CID  28931992.
  5. ^ Stehelin, D.; Guntaka, RV; Varmus, HE; ​​Bishop, JM (1976). «Очистка ДНК, комплементарной нуклеотидным последовательностям, необходимым для неопластической трансформации фибробластов вирусами саркомы птиц». Журнал молекулярной биологии . 101 (3): 349–365. doi :10.1016/0022-2836(76)90152-2. PMID  176368.
  6. ^ Stehelin, D.; Varmus, HE; ​​Bishop, JM; Vogt, PK (1976). «ДНК, связанная с трансформирующими генами вирусов саркомы птиц, присутствует в нормальной ДНК птиц». Nature . 260 (5547): 170–173. Bibcode :1976Natur.260..170S. doi :10.1038/260170a0. PMID  176594. S2CID  4178400.
  7. ^ Глик, Б.; Чанг, ТС; Яап, РГ (1956). «Сумка Фабрициуса и выработка антител». Poultry Science . 35 : 224–225. doi : 10.3382/ps.0350224 .
  8. ^ Раус, П. (1911). «Саркома домашней птицы, передаваемая агентом, отделяемым от опухолевых клеток» (PDF) . Журнал экспериментальной медицины . 13 (4): 397–411. doi :10.1084/jem.13.4.397. PMC 2124874 . PMID  19867421. 
  9. ^ Bader, AG; Kang, S.; Vogt, PK (2006). «Специфичные для рака мутации в PIK3CA являются онкогенными in vivo». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (5): 1475–1479. Bibcode : 2006PNAS..103.1475B. doi : 10.1073 /pnas.0510857103 . PMC 1360603. PMID  16432179. 
  10. ^ Dagg, CP; Karnofsky, DA; Toolan, HW; Roddy, J. (1954). «Последовательное прохождение человеческих опухолей в курином эмбрионе: ингибирование роста азотистым ипритом». Труды Общества экспериментальной биологии и медицины . 87 (1). Общество экспериментальной биологии и медицины: 223–227. doi :10.3181/00379727-87-21341. PMID  13224733. S2CID  42888074.
  11. ^ Исти, GC; Исти, DM; Чао, Р. (1969). «Рост гетерологичных опухолевых клеток в куриных эмбрионах». Европейский журнал рака . 5 (3): 287–295. doi :10.1016/0014-2964(69)90079-6. PMID  5786070.
  12. ^ Николсон, Г.Л., Брансон, К.В. и Фидлер, И.Дж. (1978) «Специфичность остановки, выживания и роста выбранных метастатических вариантов клеточных линий», Cancer Res 38(11 Pt 2) 4105-11.
  13. ^ Оссовски, Л.; Райх, Э. (1983). «Изменения злокачественного фенотипа человеческой карциномы, обусловленные средой роста». Cell . 33 (2): 323–333. doi : 10.1016/0092-8674(83)90414-2 . PMID  6407756.
  14. ^ Eliceiri, BP; Klemke, R.; Stromblad, S.; Cheresh, DA (1998). «Требование интегрина αvβ3 для устойчивой активности митоген-активируемой протеинкиназы во время ангиогенеза». Journal of Cell Biology . 140 (5): 1255–1263. doi :10.1083/jcb.140.5.1255. PMC 2132684 . PMID  9490736. 
  15. ^ Chambers, AF; MacDonald, IC; Schmidt, EE; Morris, VL; Groom, AC (1998). «Доклиническая оценка противораковых терапевтических стратегий с использованием видеомикроскопии in vivo». Cancer Metastasis Rev. 17 ( 3): 263–9. doi :10.1023/A:1006136428254. PMID  10352879. S2CID  24565818.
  16. ^ Гордон, Дж. Р.; Куигли, Дж. П. (1986). «Раннее спонтанное метастазирование в модели человеческой эпидермоидной карциномы HEp3/куриного эмбриона: вклад случайной колонизации». Int J Cancer . 38 (3): 437–44. doi :10.1002/ijc.2910380321. PMID  3744594. S2CID  35981930.
  17. ^ Chambers, AF; MacDonald, IC; Schmidt, EE; Morris, VL; Groom, AC (1998). «Доклиническая оценка противораковых терапевтических стратегий с использованием видеомикроскопии in vivo». Cancer and Metastasis Reviews . 17 (3): 263–269. doi :10.1023/A:1006136428254. PMID  10352879. S2CID  24565818.
  18. ^ ab Zijlstra, A.; Mellor, R.; Panzarella, G.; Aimes, RT; Hooper, JD; Marchenko, ND; Quigley, JP (2002). «Количественный анализ лимитирующих скорость этапов в метастатическом каскаде с использованием специфической для человека полимеразной цепной реакции в реальном времени». Cancer Research . 62 (23): 7083–7092. PMID  12460930.
  19. ^ Williams GM, Duan JD, Brunnemann KD, Iatropoulos MJ, Vock E, Deschl U. Повреждение ДНК печени плода цыпленка и образование аддуктов активационно-зависимыми ДНК-реактивными канцерогенами и родственными соединениями нескольких структурных классов. Toxicol Sci. 2014;141(1):18-28. doi:10.1093/toxsci/kfu123
  20. ^ Kobets T, Duan JD, Vock E, Deschl U, Williams GM. Оценка фармацевтических препаратов для повреждения ДНК в анализе генотоксичности куриных яиц (CEGA). Int J Toxicol. 2022;41(4):297-311. doi:10.1177/10915818221093583
  21. ^ Iatropoulos MJ, Kobets T, Duan JD и др. ДНК печени плода куриного яйца и гистопатологические эффекты структурно различных канцерогенов и неканцерогенов. Exp Toxicol Pathol. 2017;69(7):533-546. doi:10.1016/j.etp.2017.04.011
  22. ^ Хиллер, ЛаДеана В.; Миллер, Уэбб; Бирни, Эван; и др. (2004). «Последовательность и сравнительный анализ генома курицы открывают уникальные перспективы эволюции позвоночных» (PDF) . Nature . 432 (7018): 695–716. Bibcode : 2004Natur.432..695C. doi : 10.1038/nature03154 . PMID  15592404. S2CID  4405203.
  23. ^ Вонг, ГК и др. (2004). «Генетическая карта вариаций курицы с 2,8 миллионами однонуклеотидных полиморфизмов». Nature . 432 (7018): 717–722. Bibcode :2004Natur.432..717B. doi :10.1038/nature03156. PMC 2263125 . PMID  15592405.