导读:美国医学院12月发布一份长达190页的研究报告,建议美国国立卫生研究院(NIH)只有经过非常严格的审批才能允许将黑猩猩作为生物医学和行为研究的对象,这些条件包括缺少其他适合的模式动物、因伦理原因不能在人体上做试验等;此外,研究中使用黑猩猩必须事先获得批准,条件是放弃对它们的使用会严重防碍防止对生命产生威胁的疾病治疗的科学进展。
黑猩猩是一个极有价值的模式动物,黑猩猩的基因组与人类很接近,二者有相似的生物学和行为特征,因此黑猩猩在某些特定类型的研究中具有独特价值。而按照上面这些标准,绝大多数生物医学研究都没有必要使用黑猩猩。[详细]
生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命现象,此时,这种被选定的生物物种就是模式生物。比如孟德尔在揭示生物界遗传规律时选用豌豆作为实验材料,而摩根选用果蝇作为实验材料,在他们的研究中,豌豆和果蝇就是研究生物体遗传规律的模式生物。
由于进化的原因,许多生命活动的基本方式在地球上的各种生物物种中是保守的,这是模式生物研究策略能够成功的基本基础。选择什么样的生物作为模式生物首先依赖于研究者要解决什么科学问题,然后寻找能最有利于解决这个问题的物种。
19世纪末20世纪初,人们就发现,如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育现象的难题可以得到部分解答。因为这些生物更容易被观察和实验操作,因此,除了在遗传学研究外,模式生物研究策略在发育生物学中获得了非常广泛的应用,一些物种被大家公认为优良的模式生物,如线虫、果蝇、非洲爪蟾、蝾螈、小鼠等。
1)有利于回答研究者关注的问题,能够代表生物界的某一大类群;
2)对人体和环境无害,容易获得并易于在实验室内饲养和繁殖;
3)世代短、子代多、遗传背景清楚;
4)容易进行实验操作,特别是具有遗传操作的手段和表型分析的方法。
大肠杆菌
大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌,主要寄生在大肠内。它侵入人体一些部位时,可引起感染,如腹膜炎、胆囊炎、膀胱炎及腹泻等。人在感染大肠杆菌后的症状为胃痛、呕吐、腹泻和发热。感染可能是致命性的,尤其是对孩子及老人。
大肠杆菌是研究微生物遗传的重要材料,如局限性转导就是1954年在大肠杆菌K12菌株中发现的。莱德伯格(Lederberg)采用两株大肠杆菌的营养缺陷型进行实验,奠定了研究细菌接合方法学上的基础,以及基因工程的研究。
最新研究:大肠杆菌可将植物变生物柴油
酵母
酵母菌是一些单细胞真菌,并非系统演化分类的单元。酵母菌是人类文明史中被应用得最早的微生物。可在缺氧环境中生存。酵母作为高等真核生物特别是人类基因组研究的模式生物,其最直接的作用体现在生物信息学领域。当人们发现了一个功能未知的人类新基因时,可以迅速地到任何一个酵母基因组数据库中检索与之同源的功能已知的酵母基因,并获得其功能方面的相关信息,从而加快对该人类基因的功能研究。
研究发现,有许多涉及遗传性疾病的基因均与酵母基因具有很高的同源性,研究这些基因编码的蛋白质的生理功能以及它们与其它蛋白质之间的相互作用将有助于加深对这些遗传性疾病的了解。
最新研究:酵母转录中介复合物参与端粒特殊调控
秀丽线虫
秀丽隐杆线虫是一种可以独立生存的线虫 ,其个体小,成体仅1.5mm长,为雌雄同体,雄性个体仅占群体的0.2%,可自体受精或双性生殖;在20℃下平均生活史为3.5天,平均繁殖力为300-350个;但若与雄虫交配,可产生多达1400个以上的后代。线虫之所以能在经典模式生物的名单中占有一个重要位置和它的形态特点有密切关系,它是唯一一个身体中的所有细胞能被逐个盘点并各归其类的生物。
线虫的生命周期很短,它从出生到性成熟的全过程只有3天半,这就使得不间断的观察并追踪每个细胞的演变成为可能。只要把线虫浸泡到含有核酸的溶液中,就可以用这种最简单的方式实现基因导入。线虫还可以被冻在冰箱里储存,复苏之后继续研究。通过20年的努力,到90年代中期,人们已经建立了完整的线虫从受精卵到所有成体细胞的谱系图。
最新研究:秀丽隐杆线虫能以雌雄间性个体进行繁殖
果蝇
果蝇以发酵烂水果上的酵母为食,广泛分布于世界各温带地区。果蝇具有生活周期短、容易饲养、繁殖力强、染色体数目少而易于观察等特点,因而是遗传学研究的最佳材料。早在1908年由天才的遗传学家摩尔根把它带上了遗传学研究的历史舞台,在20世纪生命科学发展的历史长河中,果蝇扮演了十分重要的角色,是十分活跃的模型生物。
1995年,诺贝尔奖再次授予三位在果蝇研究中辛勤耕耘的科学家。果蝇为进一步阐明基因-神经(脑)-行为之间关系的研究提供了理想的动物模型。遗传学的研究、发育的基因调控的研究、各类神经疾病的研究、帕金森氏病、老年痴呆症、药物成瘾和酒精中毒、衰老与长寿、学习记忆与某些认知行为的研究等都有果蝇的“身影”。
斑马鱼
斑马鱼(Daniorerio,俗称zebrafish)具有繁殖能力强、体外受精和发育、胚胎透明、性成熟周期短、个体小易养殖等诸多特点,特别是可以进行大规模的正向基因饱和突变与筛选。这些特点使其成为功能基因组时代生命科学研究中重要的模式脊椎动物之一。
斑马鱼的细胞标记技术、组织移植技术、突变技术、单倍体育种技术、转基因技术、基因活性抑制技术等已经成熟,且有数以千计的斑马鱼胚胎突变体,是研究胚胎发育分子机制的优良资源,有的还可做为人类疾病模型。
最新研究:造血干/祖细胞生存和自我更新能力调控机制研究获新成果
小鼠
在哺乳类实验动物中,由于小鼠体小,饲养管理方便,易于控制,生产繁殖快,研究最深,有明确的质量控制标准,已拥有大量的近交系、突变系和封闭群,因此在各种实验研究中,用量最大,用途最多。
实验用小老鼠的作用巨大。生物学家利用它们研究基础生理学,疾病学家利用它们寻找导致疾病的基因变异,医药学家在它们身上实验各种药物。它们具备一切医学研究需要的特征:便宜、好养、繁殖能力超强、成熟迅速、比大动物易于管理和观察。
总结:随着人类基因组计划的完成和后基因组研究时代的到来,模式生物研究策略得到了更加的重视。基因的结构和功能可以在其它合适的生物中去研究,同样人类的生理和病理过程也可以选择合适的生物来模拟。