Organeb model

Mae Escherichia coli yn organeb model procaryotig cyffredin.
Drosophila melanogaster, organeb model mewn arbrofion geneteg.
Saccharomyces cerevisiae, un o'r organebau ewcaryotig sy'n cael eu defnyddio fwyaf ym meysydd bioleg foleciwlaidd a'r gell.

Rhywogaethau di-ddynol yw organebau model sy'n cael eu defnyddio er mwyn deall ffenomenau biolegol, gan ddisgwyl y bydd darganfyddiadau wedi eu gwneud mewn organebau model yn cyfateb at organebau eraill.[1] Gall gwyddonwyr ddefnyddio organebau model fel modelau in vivo, ac maen nhw'n arbennig o ddefnyddiol er mwyn astudio afiechydon dynol pan fo arbrofion ar fodau dynol yn anymarferol neu'n anfoesol.[2] Mae hyn yn bosib gan fod pob organeb byw yn rhannu cyd-hynafiad a gan fod prosesau metabolaidd a datblygiadol wedi eu cadw yn ystod esblygiad.[3]

Gall astudio organebau model roi llawer o wybodaeth, ond rhaid cymryd gofal tra'n defnyddio'r wybodaeth er mwyn deall organebau eraill.[4]

Mewn ymchwil ar glefydau dynol, gall defnyddio organebau model arwain at ddealltwriaeth o brosesau'r clefyd heb orfod niweidio bodau dynol. Fel arfer, rhaid i'r organeb sydd wedi ei ddewis fodloni cywerthedd tacsonomaidd at fodau dynol er mwyn gallu ymateb i'r clefyd neu driniaeth mewn ffordd debyg i fodau dynol. Er nad yw'r ymateb yn siwr o fod yr un fath rhwng organebau model a bodau dynol, mae llawer o gyffuriau a thriniaethau ar cyfer clefydau dynol wedi eu canfod gan ddefnyddio organebau model.[5][6] Mae tri prif fath o : homologous, isomorphic and predictive. Homologous animals have the same causes, symptoms and treatment options as would humans who have the same disease. Isomorphic animals share the same symptoms and treatments. Predictive models are similar to a particular human disease in only a couple of aspects, but are useful in isolating and making predictio

Hanes

Mae gwyddonwyr wedi hen ddefnyddio anifeiliaid mewn ymchwil. Rhai o'r cyntaf i wneud hynny oedd Aristotle (384–322 CC) ac Erasistratus (304–258 CC) yng Ngroeg yr Henfyd.[7] Yn y 18G a'r 19G, defnyddiodd Antoine Lavoisierfochyn cwta i ddangos mai hylosgiad yw sail resbiradu, a profodd Louis Pasteur ei ddamcaniaeth germ gan ddefnyddio anthracs mewn defaid.

Mae gwaith ar anifeiliaid model wedi bod yn rhan bwysig o lawer o'r darganfyddiadau mewn meddygaeth fodern.[8][9][10] Mae'r rhan fwyaf o'r wybodaeth sylfaenol ym meysydd ffisioleg a biocemeg wedi dod o astudio anifeiliaid, ynghyd â llawer o'r hyn sydd yn wybod am niwrowyddoniaeth a heintiau.[11][12] Er enghraifft, o ganlyniad i arbrofion ar anifeiliaid model, mae polio bron wedi ei ddileu ac mae modd trawblannu organau rhwng pobl.[8][13] Rhwng 1910 a 1927, dangosodd arbrofion Thomas Hunt Morgan ar y pry ffrwythau Drosophila melanogaster mai cromosomau sy'n gyfrifol am etifeddiaeth genynau.[14][15] O ganlyniad, daeth Drosophila yn un o'r organebau model mwyaf cyffredin mewn bioleg,[16] a dywedodd y gwyddonydd Eric Kandel fod darganfyddiadau Morgan wedi gwneud bioleg yn wyddor arbrofol am y tro cyntaf.[17] Mae D. melanogaster yn parhau i fod yn un o'r organebau ewcaryotig a ddefnyddir fwyaf mewn labordai. Yn yr un cyfnod, arweiniodd gwaith William Ernest Castle ac Abbie Lathrop ar lygod at greu'r llinach llygod DBA ("dilute brown and non-agouti").[18][19] Mae llygod wedi eu defnyddio ers hynny mewn llawer o arbrofion a arweiniodd at ddarganfyddiadau pwysig yn yr 20G a'r 21G.[20]

Organebau model pwysig

Ceir organebau model o bob un o dri pharth bywyd, yn ogystal â firysau. Yr organeb model procaryotig a ddefnyddir fwyaf aml yw Escherichia coli (E. coli), sydd wedi ei ddefnyddio ers dros 60 mlynedd. Mae'n facteriwm gram-negative cyffredin sy'n hawdd i'w dyfu ac yn rhad i'w ddefnyddio mewn labordy. Dyma'r organeb mwyaf cyffredin mewn gwaith ar eneteg foleciwlaidd, ac mae hefyd yn rywogaeth bwysig ym meysydd biotechnoleg a microfioleg.[21]

Mae modelau ewcaryotig syml yn cynnwys burum pobi (Saccharomyces cerevisiae) a burum ymhollti (Schizosaccharomyces pombe), sydd o'u dau yn rhannu nodweddiol â chelloedd uwch, gan gynnwys rhai mewn bodau dynol. Er enghraifft, daw'r wybodaeth am lawer o'r genynau cellraniad sy'n bwysig mewn canser o astudio burum. Defnyddir yr alga gwyrdd ungell Chlamydomonas reinhardtii er mwyn deall photosynthesis a symudoldeb ac mae llawer o adnoddau wedi eu datblygu i'w astudio.[22] Mae Dictyostelium discoideum yn organeb cyffredin arall mewn bioleg foleciwlaidd a geneteg er mwyn deall cyfathrebu rhwng celloedd, gwahanrediad celloedd a marwolaeth celloedd rhaglenedig.

Llygod labordy – organeb model cyfarwydd mewn labordai meddygol.

Ymysg anifeiliaid heb asgwrn cefn, defnyddir y pry ffrwythau Drosophila melanogaster yn aml iawn ym meysydd geneteg a bioleg datblygiad. Maen nhw'n hawdd i'w magu mewn labordy, gyda llawer o genedlaethau mewn amser byr, ffrwythlondeb uchel, nifer bychan o gromosomau a modd hawdd o edrych ar fwtaniadau. Mae'r llyngyren gron Caenorhabditis elegans hefyd yn organeb model ar gyfer deall sut mae genynnau yn rheoli datblygiad a ffisioleg.[23][24] Dyma'r organeb amlgellog cyntaf i'w enom cyntaf gael ei ddilyniannu ac i'w system weirio niwron gael ei fapio yn llwyr.[25][26]

Ym myd botaneg, Arabidopsis thaliana yw'r organeb model mwyaf poblogaidd oherwydd ei faint bychan, cenedlaethau byr a'r casgliad enfawr o fwtaniadau sydd wedi eu creu.[27] A. thaliana oedd y planhigyn cyntaf i'w enom gael ei ddilyniannu.[27] Mae planhigion model eraill yn cynnwys trwyn y llo (Antirrhinum majus) ar gyfer astudio datblygiad a lliw blodau[28], maglys pigog (Medicago truncatula) a Lotus japonicus ar gyfer astudio nodylau gwraidd[29][30], a breichwellt unflwydd (Brachypodium distachyon) ar gyfer astudio nodweddion mewn gwair[31].

Mae modelau pwysig mewn fertebratau yn cynnwys moch cwta (Cavia porcellus); fe'i defnyddiwyd gan Robert Koch ar gyfer astudio heintiau, ac mae'r enw Saesneg guinea pig bellach yn ddiarhebol o anifail labordy. Fodd bynnag, mae anifeiliaid eraill yn cael eu defnyddio yn fwy aml na moch cwta erbyn heddiw. Y model clasurol ar gyfer astudio fertebratau erbyn hyn yw'r llygoden (Mus musculus). Mae llawer o linachau wedi mewnfridio wedi eu creu, yn ogystal â rhai wedi eu dethol yn ôl nodweddion arbennig, megis maint corff, gordewdra a chyhyrogrwydd.[32]

Mae'r llygoden fawr (Rattus norvegicus) hefyd yn fodel defnyddiol, yn enwedig mewn gwenwyneg a niwroleg oherwydd maint mwy y corff a'r organnau, a defnyddir wyau ac embryonau'r llyffantod Xenopus tropicalis a Xenopus laevis yn aml mewn bioleg datblygiad, bioleg cell, gwenwyneg a niwrowyddoniaeth.[33][34] Mae gan y pysgodyn rhesog (Danio rerio) gorff sydd bron yn gwbl dryloyw yn gynnar yn ei ddatblgiad, gan alluogi ffordd unigryw o edrych ar anatomeg mewnol anifail. Oherwydd hyn, mae D. rerio yn organeb model pwysig mewn bioleg datblygiad a gwenwyneg.[35]

Gweler hefyd

  • Cronfa ddata genomig organebau model Ensembl.

Cyfeiriadau

  1. ↑ "Cell biology. Whither model organism research?". Science 307 (5717): 1885–6. Mar 2005. doi:10.1126/science.1108872. PMID 15790833. http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/307/5717/1885.
  2. ↑ Griffiths, E. C. (2010) What is a model? Error in webarchive template: Check |url= value. Empty.
  3. ↑ Fox, Michael Allen (1986). The Case for Animal Experimention: An Evolutionary and Ethical Perspective. Berkeley and Los Angeles, California: University of California Press. ISBN 978-0-520-05501-8. OCLC 11754940.
  4. ↑ Slack, Jonathan M. W. (2013). Essential Developmental Biology. Oxford: Wiley-Blackwell. OCLC 785558800.
  5. ↑ "Zebrafish: a complete animal model for in vivo drug discovery and development". Current Drug Metabolism 10 (2): 116–24. Feb 2009. doi:10.2174/138920009787522197. PMID 19275547.
  6. ↑ Kari, G.; Rodeck, U.; Dicker, A. P. (July 2007). "Zebrafish: an emerging model system for human disease and drug discovery". Clinical Pharmacology and Therapeutics 82 (1): 70–80. doi:10.1038/sj.clpt.6100223. ISSN 0009-9236. PMID 17495877. https://archive.org/details/sim_clinical-pharmacology-and-therapeutics_2007-07_82_1/page/70.
  7. ↑ Cohen BJ, Loew FM. (1984) Laboratory Animal Medicine: Historical Perspectives in Laboratory Animal Medicine Academic Press, Inc: Orlando, FL, USA; Fox JG, Cohen BJ, Loew FM (eds)
  8. ↑ 8.0 8.1 Royal Society of Medicine (13 May 2015). "Statement of the Royal Society's position on the use of animals in research".
  9. ↑ National Research Council and Institute of Medicine (1988). Use of Laboratory Animals in Biomedical and Behavioral Research. National Academies Press. t. 37. NAP:13195.
  10. ↑ "Animal models of human disease: zebrafish swim into view.". Nat Rev Genet 8 (5): 353–67. 2007. doi:10.1038/nrg2091. PMID 17440532.
  11. ↑ National Research Council and Institute of Medicine (1988). Use of Laboratory Animals in Biomedical and Behavioral Research. National Academies Press. t. 27. NAP:13195.
  12. ↑ Hau and Shapiro 2011:
  13. ↑ Institute of Medicine (1991). Science, Medicine, and Animals. National Academies Press. t. 3. ISBN 978-0-309-56994-1.
  14. ↑ "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1933". Nobel Web AB. Cyrchwyd 2015-06-20.
  15. ↑ "Thomas Hunt Morgan and his Legacy". Nobel Web AB. Cyrchwyd 2015-06-20.
  16. ↑ Kohler, Lords of the Fly, chapter 5
  17. ↑ Kandel, Eric. 1999. "Genes, Chromosomes, and the Origins of Modern Biology", Columbia Magazine
  18. ↑ Steensma, David P.; Kyle Robert A.; Shampo Marc A. (November 2010). "Abbie Lathrop, the "Mouse Woman of Granby": Rodent Fancier and Accidental Genetics Pioneer". Mayo Clinic Proceedings 85 (11): e83. doi:10.4065/mcp.2010.0647. PMC 2966381. PMID 21061734. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2966381.
  19. ↑ Pillai, Shiv. "History of Immunology at Harvard". Harvard Medical School:About us. Harvard Medical School. Archifwyd o'r gwreiddiol ar 2013-12-20. Cyrchwyd 19 December 2013.
  20. ↑ Hedrich, Hans, gol. (2004-08-21). "The house mouse as a laboratory model: a historical perspective". The Laboratory Mouse. Elsevier Science. ISBN 9780080542539.
  21. ↑ "Bacteria". Microbiologyonline. Archifwyd o'r gwreiddiol ar 2014-02-27. Cyrchwyd 27 February 2014.
  22. ↑ Chlamydomonas reinhardtii resources at the Joint Genome Institute
  23. ↑ Riddle, Donald L. (1997). C. elegans II. Plainview, N.Y: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-532-3.
  24. ↑ Brenner, S (1974). "The Genetics of Caenorhabditis elegans". Genetics 77 (1): 71–94. PMC 1213120. PMID 4366476. https://archive.org/details/sim_genetics_1974-05_77_1/page/71.
  25. ↑ White, J (1986). "The structure of the nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans". Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 314 (1165): 1–340. Bibcode 1986RSPTB.314....1W. doi:10.1098/rstb.1986.0056. PMID 22462104.
  26. ↑ Jabr, Ferris (2012-10-02). "The Connectome Debate: Is Mapping the Mind of a Worm Worth It?". Scientific American. Cyrchwyd 2014-01-18.
  27. ↑ 27.0 27.1 About Arabidopsis on The Arabidopsis Information Resource page (TAIR)
  28. ↑ Hudson, A.; Critchley, J.; Erasmus, Y. (2008-10-01). "The Genus Antirrhinum (Snapdragon): A Flowering Plant Model for Evolution and Development" (yn en). Cold Spring Harbor Protocols 2008 (11): pdb.emo100–pdb.emo100. doi:10.1101/pdb.emo100. ISSN 1559-6095. http://www.cshprotocols.org/cgi/doi/10.1101/pdb.emo100.
  29. ↑ Rose, Ray J. (2008). "Medicago truncatula as a model for understanding plant interactions with other organisms, plant development and stress biology: past, present and future" (yn en). Functional Plant Biology 35 (4): 253. doi:10.1071/FP07297. ISSN 1445-4408. http://www.publish.csiro.au/?paper=FP07297.
  30. ↑ Pajuelo, Eloísa; Stougaard, Jens (2005), Márquez, Antonio J., ed., "Lotus japonicus’s a model system" (yn en), Lotus japonicus Handbook (Springer-Verlag): pp. 3–24, doi:10.1007/1-4020-3735-x_1, ISBN 9781402037344, http://link.springer.com/10.1007/1-4020-3735-X_1, adalwyd 2019-02-13
  31. ↑ Brkljacic, Jelena; Grotewold, Erich; Scholl, Randy; Mockler, Todd; Garvin, David F.; Vain, Philippe; Brutnell, Thomas; Sibout, Richard et al. (2011-9). "Brachypodium as a Model for the Grasses: Today and the Future" (yn en). Plant Physiology 157 (1): 3–13. doi:10.1104/pp.111.179531. ISSN 0032-0889. PMC PMC3165879. PMID 21771916. http://www.plantphysiol.org/lookup/doi/10.1104/pp.111.179531.
  32. ↑ Kolb, E. M.; Rezende, E. L.; Holness, L.; Radtke, A.; Lee, S. K.; Obenaus, A.; Garland Jr, T. (2013). "Mice selectively bred for high voluntary wheel running have larger midbrains: support for the mosaic model of brain evolution". Journal of Experimental Biology 216 (3): 515–523. doi:10.1242/jeb.076000. PMID 23325861.
  33. ↑ Wallingford, J.; Liu, K.; Zheng, Y. (2010). "MISSING". Current Biology 20 (6): R263–4. doi:10.1016/j.cub.2010.01.012. PMID 20334828.
  34. ↑ Harland, R.M.; Grainger, R.M. (2011). "MISSING". Trends in Genetics 27 (12): 507–15. doi:10.1016/j.tig.2011.08.003. PMC 3601910. PMID 21963197. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=3601910.
  35. ↑ "The state of the art of the zebrafish model for toxicology and toxicologic pathology research—advantages and current limitations". Toxicol Pathol 31 (Suppl): 62–87. 2003. doi:10.1080/01926230390174959. PMC 1909756. PMID 12597434. http://tpx.sagepub.com/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=12597434.