Malí študenti experimentovali s drozofilou

06. aug. 2017 • Biologické vedy

Malí študenti experimentovali s drozofilou

Ovocná muška, myši či potkany, no aj rastliny môžu byť použité ako modelové organizmy v rámci štúdia genetiky. Ako si ale vybrať ten vhodný druh, keď každý má svoje prednosti, ale aj nedostatky? Touto problematikou sa zaoberali účastníci Letnej školy genetiky, organizovanej pod taktovkou Univerzity Komenského v Bratislave. Konala sa v dňoch 10. až 14. júla 2017.

Úvodný deň bol venovaný malej ovocnej muške (Drosophila melanogaster), študenti mali popoludní blok s názvom Experimentujeme s drozofilou. Ako sa uvádza v teoretických podkladoch k tejto prednáške, ovocná muška z radu Diptera patrí medzi geneticky najlepšie preštudované mnohobunkové modelové organizmy. Práve vďaka tomuto malému hmyzu boli začiatkom 20. storočia v skupine vedenej Thomasom Huntom Morganom (Columbia University, NY) znovu objavené a potvrdené Mendelove zákony dedičnosti.

„Za to, že sa drozofila radí k najčastejšie používaným laboratórnym organizmom vďačí viacerým svojim vlastnostiam. Ovocná muška patrí medzi hmyz s dokonalou premenou, čo znamená, že počas svojho životného cyklu prekonáva niekoľko vývinových štádií: vajíčko, larva, kukla, dospelý jedinec (imágo). V štádiu kukly dochádza k radikálnej premene – metamorfóze, kedy sa larva premení na dospelca, ktorý je svojou anatómiou úplne odlišný od larvy. Jej životný cyklus trvá pri teplote 24 °C asi 12 – 14 dní, čo je veľká výhoda pri genetických experimentoch a kríženiach a za 14 dní má experimentátor novú generáciu,“ píšu organizátori Letnej školy genetiky.

Ďalšími dôležitými vlastnosťami, ktoré z drozofily urobili takmer dokonalý modelový organizmus, je podľa nich malý počet chromozómov (1 pár pohlavných chromozómov a 3 páry autozómov), veľké množstvo potomstva (1 samička dokáže naklásť za svoj život okolo 300 – 400  vajíčok), celkovo nenáročný chov (na odchov drozofily nepotrebujeme žiadne špeciálne prístroje), chov je aj finančne nenáročný. Navyše je ovocná muška známa veľkým množstvom mutantných línií, čo naznačuje, že je u nej pomerne jednoduché indukovať aj vznik nových mutácií. „Všetky tieto jej vlastnosti a zároveň jej časté využívanie v laboratóriách viedli k tomu, že celý jej genóm bol v roku 2000 osekvenovaný ako jeden z prvých. Vďaka vyššie spomenutým vlastnostiam sa tento drobný hmyz intenzívne využíva pri štúdiu genetiky, vývinovej biológie, embryogenézy, bunkového delenia, správania, neurobiológie, ako aj vo výskume genetických ochorení (karcinogenéza, Alzheimerova choroba),“ hovorí sa teoretickom úvode k tejto prednáške.

Životný cyklus D. melanogaster. http://www.creative-diagnostics.com/Drosophila.htm.htm

Ďalšou skupinou, ktorou sa zaoberali mladí študenti Letnej školy genetiky, bola skupina myši a potkany. „Myši, potkany a iné malé stavovce sú jedny z prvých modelových organizmov využívaných vo vede. Prvé zmienky siahajú na začiatok 16. storočia, do obdobia, kedy sa biológia pomaly menila z popisnej na experimentálnu vedu. V tom čase sa používali na štúdium reprodukcie, cirkulácie krvi a vplyvu zvýšeného tlaku. Vďaka svojej podobnosti s ľudskou fyziológiou sa využívajú ako modely pre ľudské ochorenia do dnešnej doby. Študované choroby sú napr. artritída, diabetes, kardiovaskulárne ochorenia a rakovina. Nezastupiteľnú úlohu majú tiež v imunológii, neurobiológii a behaviorálnych štúdiách,“ píšu organizátori v podkladoch k prednáške Modelové organizmy v genetike.  

Pokračujú, že z pohľadu genetického výskumu nadobudli tieto modely na význame začiatkom nového tisícročia. V roku 2002 bola stanovená sekvencia myšacieho a v roku 2004 potkanieho genómu. Znalosť genómu umožňuje pozerať sa na génové vybavenie prípadne evolučnú históriu organizmu. „Ďalším dôležitým zistením bolo, že potkany a myši sa ľuďom, po genetickej stránke veľmi podobajú. Mnohé gény sú vysoko konzervované, čo znamená, že by ľudské gény a ich produkty pracovali správne aj v myšiach a potkanoch. To isté platí aj v opačnom prípade. Znalosť genómu bola prvým krokom v genetickom výskume. Obrovským míľnikom bol vývin techník, ako s genetickou informáciou modelových organizmov manipulovať. Cieľom je študovať funkcie génov. Najjednoduchším spôsobom ako to dosiahnuť, je ich odstránenie/delécia. Na základe fenotypového prejavu sa potom dá odhadnúť úloha génu a jeho produktu,“ poznamenávajú organizátori Letnej školy genetiky Univerzity Komenského v Bratislave.

Myši a potkany sú však podľa nich diploidné organizmy. To znamená, že každý chromozóm sa v somatických bunkách vyskytuje v dvoch kópiách. „V niektorých prípadoch nestačí, ak sa deletuje gén len na jednom chromozóme, aby sa prejavila mutácia fenotypovo. Za týchto podmienok hovoríme o recesívnej mutácií. Preto je nutné docieliť deléciu génu aj na druhom chromozóme. To je ale technicky náročné. Našťastie stačí, ak krížime navzájom dve heterozygotné myši. Homozygotnú myš by sme mali dostať v ¼ prípadov. Príprava mutantných myší a potkanov trvá niekoľko mesiacov. Je pomerne náročná a nákladná. Z toho dôvodu vznikli strediská špecializujúce sa na prípravu mutantných myší a potkanov.“

Ako sa ďalej uvádza v teoretických podkladoch k prednáške Modelové organizmy v genetike, aj rastliny majú svoje významné miesto v genetike. Mnohé významné zákonitosti genetiky boli prvýkrát popísané práve pri rastlinách. „Z viacerých príkladov môžeme spomenúť základné zákony klasickej genetiky objavenej J. G. Mendelom, ktorý si pre svoje experimenty vybral hrach siaty, alebo objav mobilných genetických elementov popísaný B. McClintockovou na kukurici. Vzhľadom na nevyhnutnosť poznať základné molekulárne a fyziologické procesy v rastlinách a v ich genómoch, je potrebné mať k dispozícii vhodné modelové organizmy.“

Jedným z dnes najčastejšie používaných a veľmi atraktívnym modelom v rastlinnej genetike je podľa odborníkov Arábkovka Thalova (Arabidopsis thaliana), ktorej druhové meno je odvodené od nemeckého botanika Johanna Thalla (16. storocie). „Tento rastlinný model je jeden z 250 000 iných rastlinných druhov. Arábkovka je jednoročná rastlina z čeľade kapustovitých (Brassicaceae). Je to ekonomicky významná čeľaď, nakoľko do nej patrí veľké množstvo často používanej zeleniny (Kapusta obyčajná, Kapusta hlávková, Kapusta čínska, karfiol, kaleráb, kel, brokolica, Repka olejka, Horčiča biela, Reďkev siata, Chren dedinský, Žerucha siata).“

Životný cyklus A. thaliana (upravené podla Wolpert a kol., 2007)

Arábkovka má niekoľko výhod pre použitie v genetike, medzi nimi je napríklad aj relatívne jednoduchá experimentálna manipulácia (ľahko sa kríži) a nízka finančná náročnosť, ale aj možnosť študovať javy od molekulárnych mechanizmov až po ich existenciu v ekosystémoch. Ďalej, taktiež produkuje tisíce semien na jednej rastline (vysoký počet semien je ideálny z hľadiska mutagenézy) či to, že má nízky počet chromozómov a malý genóm. „A. thaliana má len 5 chromozómov; DNA je tvorená 157 Mbp (base pairs). Malý genóm je dôsledkom malého množstva repetitívnej DNA,“ uvádza sa v podkladoch k prednáške Modelové organizmy v genetike.

*********************************************

Ešte mnoho zaujímavého sa dozvedeli účastníci Letnej školy genetiky 2017, ktorú pripravila Univerzita Komenského v Bratislave. Primárne bola určená pre študentov druhého a tretieho ročníka stredných škôl a gymnázií, pričom jej cieľom bolo oboznámiť študentov s klasickými a modernými metódami využívanými v genetickom výskume. Organizátorom Letnej školy genetiky bola Katedra genetiky Prírodovedeckej fakulty UK v Bratislave. Zodpovedná osoba za organizátora doc. RNDr. Andrea Ševčovičová, PhD. priblížila, že pri príprave programu Letnej školy genetiky sa snažili navrhnúť ho tak, aby si študenti vyskúšali metódy, ktoré sa bežne používajú v genetickom laboratóriu.

 

Informácie a foto poskytla: zodpovedná osoba za organizátora, doc. RNDr. Andrea Ševčovičová, PhD.

Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Pixabay.com

Uverejnila: VČ

Súvisiace:

Hore
TVT 2017 fotografická súťaž
film Cesta času
kam za vedou 1
QUARK
Extrapolácie 2017
téma mesiaca
Aurelium - centrum vedy
Prechod VK na VND - jeseň
Veda v Centre
TVT 2017 výtvarná súťaž
Noc výskumníkov 2017
kúpa časopisov jún 2016
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
kam za vedou 2
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Strukoviny sú plodiny, ktoré patria do čeľade bôbovitých (Fabaceae).
Zistite viac