Pethro
|
|
« Odpowiedz #34 : Wrzesień 03, 2008, 01:42:13 » |
|
Wklejam artykuł o kolorowych danio.... może to przekona co nie których ze w akwarystyce nie jest to sztucznie barwiona rybka tylko efekt uboczny pracy naukowców ... Danio pręgowany- ujawnia tajemnice rozwoju kręgowców
Rozwój zarodkowy zwierząt pozostaje od wieków nieustającym źródłem fascynacji naukowców. Jednokomórkowa zygota utworzona w procesie zapłodnienia rozwija się w organizm o zdefiniowanym kształcie, z repertuarem narządów o tak skomplikowanej budowie jak serce, nerka, oko czy mózg. Gatunkiem, który ostatnio zrobił niezwykłą karierę w badaniach embriologicznych jest znana każdemu akwaryście ryba - danio pręgowany.
Rozwój wielokomórkowych zwierząt, w tym kręgowców, odbywa się przez serię zadziwiająco skoordynowanych ruchów komórek oraz zmian ich kształtu. Początkowo jednokomórkowy zarodek dzieli się intensywnie i tworzy jednorodną masę podobnych do siebie komórek. W wyniku dalszych wzajemnych oddziaływań między komórkami powstają trzy listki zarodkowe, czyli warstwy zarodka: -ektoderma, z której powstanie układ nerwowy i naskórek, -mezoderma, z której rozwiną się mięśnie, kości i układ krwionośny, -endoderma, która utworzy "układ pokarmowy z pomocniczymi gruczołami. Listki zarodkowe nie tylko muszą być prawidłowo zaindukowane, ale również powinny zająć odpowiednią pozycję w tworzącym się zarodku i osiągnąć charakterystyczny dla siebie kształt. Kluczowe znaczenie w kształtowaniu zarodka ma proces gastrulacji, w którym to ruchy pojedynczych komórek oraz ich grup „rzeźbią" plan ciała zarodka. W rozwoju wszystkich kręgowców obserwujemy cztery podstawowe typy ruchów gastrulacji -wydłużanie, zawężanie, internalizację i epibolię. Listki zarodkowe powstają poprzez inwolucję, kiedy to przyszłe mezodermalne i endodermalne komórki wchodzą do wnętrza zarodka poprzez otwór nazwany blastoporem. Endoderma zajmuje najbardziej centralną pozycję, podczas gdy mezoderma tworzy warstwę między endoderma i ektoderma. Listki zarodkowe powiększają swoją powierzchnię kosztem grubości w procesie zwanym epibolią. Ruch komórek w kierunku przyszłej strony grzbietowej znany jest jako zawężanie. Jednocześnie oś zarodka wydłuża się od głowy do ogona.
Gastrulacja jest skomplikowanym i dynamicznym procesem niezbędnym do prawidłowego rozwoju. Zaburzenia gastrulacji zazwyczaj go hamują, często prowadząc do poważnych wad rozwojowych lub wczesnej śmierci zarodka. Nic dziwnego, że jeden z wiodących biologów rozwoju, Lewis Wopert, powiedział: To nie narodziny, ślub, czy śmierć, ale gastrulacja, jest najważniejszym okresem twojego życia. Aby zrozumieć mechanizmy rozwoju embrionalnego, musimy poznać zachowania pojedynczych komórek. Ponadto, należy zidentyfikować sygnały, które indukują trzy listki zarodkowe, oraz te, które determinują unikatowe typy komórek w tkankach powstających z listków zarodkowych, a także dowiedzieć się, jakie sygnały sterują ruchami gastrulacji. Innymi słowy, zrozumienie mechanizmów rozwoju embrionalnego wymaga identyfikacji genów regulujących zachowaniami komórek w czasie gastrulacji i organogenezy. W jaki sposób można zidentyfikować geny sterujące rozwojem kręgowców? Badania rozwoju organizmów bezkręgowych, takich jak na przykład muszka owocowa (D. melanogaster), pokazały, że za pomocą metod genetycznych można odkryć geny odgrywające kluczową rolę w embriogenezie. Badania genetyczne polegają na szukaniu mutantów, czyli defektywnych zarodków, w których inaktywacja określonego genu prowadzi do specyficznej wady rozwoju. Późniejsza molekularna analiza zmutowanego genu pozwala ustalić związek między białkiem kodowanym przez badany gen a procesem rozwojowym. Warto tu rozważyć dla przykładu mutanta w genie muszki owocowej nazwanego hunchback (z j. angielskiego, garbus), którego ciało ma bardzo skrócony tułów. Okazuje się, że gen hunchback koduje czynnik transkrypcyjny, który aktywuje kaskadę genów koniecznych do rozwoju tułowia. Sukces badań rozwoju muszki owocowej został ukoronowany Nagrodą Nobla w 1995 roku dla pionierów tego genetycznego podejścia, którymi byli Christiane Nusslein-Yolhard, Eric Wie-schaus i Edward Lewis.
W poszukiwaniu idealnego kręgowca do genetycznych badań rozwoju. Badania genetyczne rozwoju wymagają hodowli dużej liczby zwierząt. Mutacje zakłócające rozwój są zazwyczaj letalne w stanie homozygotycz-nym. Badane są zatem prawie wyłącznie mutacje recesywne, które można utrzymywać poprzez hodowlę heterozygot. W konsekwencji, mutacje zaindukowane w pokoleniu FO są widoczne w homozygotach, które są wnukami tego pokolenia! Aby znaleźć mutanty z najbardziej ciekawymi fenotypami, naukowcy muszą przeszukać tysiące linii i obejrzeć miliony zarodków. W przypadku kręgowców nie jest to proste zadanie. Najbardziej popularnym kręgowcem do badań genetycznych jest mysz, u której zidentyfikowano wiele ciekawych mutacji rozwojowych. Myszy rozmnażają się przez cały rok. Okres ciąży trwa trzy tygodnie i po następnych sześciu tygodniach można generować następne pokolenie. Pewne cechy tego ssaka nie ułatwiają jednak badań rozwoju zarodkowego. Miot myszy nie jest duży (do 10 potomków), co ogranicza badanie oddziaływań między genami, jak również ich mapowanie. Jednak najistotniejsze jest to, że rozwój embrionalny odbywa się w łonie matki -jest zatem ukryty przed okiem badacza. Nawet po wyizolowaniu mysi zarodek broni swoich tajemnic, gdyż jego tkanki nie są przezroczyste.
Krewniak złotej rybki Danio pręgowany (Danio reiro) należy do rodziny karpiowatych (Cyprinidae), rzędu karpiokształt-nych (Cypriniformes). Najbardziej znanymi przedstawicielami tej rodziny są karp i karaś, ale znacznie więcej gatunków niż na naszych stołach pojawia się w hodowli akwarystycznej. Do karpiowatych należą brzany (Barbus), brzanki (Puntius), danio (Danio), kardynałek (Tanichtys), różanki (Rhodeus), złote rybki, czyli ozdobne formy karasia złocistego (Carassius auratus), razbory (Rasbora) oraz grubowargi (Labeo) - łącznie w hodowli akwarystycznej trzymane jest kilkadziesiąt gatunków. Danio pręgowany pochodzi z Azji. W naturze występuje w Pakistanie, Indiach, Nepalu, Bangladeszu i Birmie. Żyje w wodach stałych i wolno płynących, jak rzeczki, rowy i kanały melioracyjne, stawy, pola ryżowe, częsty jest także w wartkich potokach podgórskich. Jest rybą stadną, towarzyską, zaleca się trzymanie w akwarium przynajmniej 5 sztuk, a także zapewnienie rybom odpowiednio dużo miejsca do pływania - minimalna wielkość akwarium to 60 cm. Akwarium dla danio zaleca się obsadzić wyższymi roślinami jedynie z tyłu i z boków, pozostawiając w środku dużo miejsca dla tej szybko pływającej ryby. Oprócz formy dzikiej, hodowana jest również forma welonowa, a także odmiana danio o ubarwieniu plamistym, tzw. danio lamparci, dawniej uważana za odrębny gatunek. Danio nadaje się doskonale do akwarium mieszanego, najlepiej w towarzystwie innych ryb karpiowatych z Azji, np. kardynałków albo razbor. Jest rybą niezbyt wymagającą. Najlepiej chowa się w temperaturze 20-24°C, w wodzie miękkiej do średnio twardej, aczkolwiek do rozmnażania lepsza jest nieco wyższa, 25-28°C. Danio chętnie pływa w lekkim prądzie wody, np. utrzymywanym na pomocą filtra. Woda powinna być czysta, często zmieniana.
Wiele cech Danio ułatwia badania rozwoju embrionalnego. Nic dziwnego, że gdy w latach 90. poprzedniego stulecia George Streisinger, pracujący na Uniwersytecie Oregon w USA, zaczął opisywać przezroczyste zarodki Danio reiro, świat biologów rozwoju był bardzo zaintrygowany. W Polsce znany jako danio pręgowany, a w naukowym żargonie zebrarybka (z angielskiego zebrafish), gatunek ten jest tropikalną słodkowodną rybą z rodziny karpiowatych, którą można spotkać w każdym sklepie akwarystycznym. Niepozorne, doras tające do 6 cm długości rybki nie mogą zaimponować kolorowym kolegom z akwarium swoimi srebrno-czarnymi paskami. To jednak najprawdopodobniej się zmieni, gdyż nowe transgeniczne danio nadrabiają zielonymi, czerwonymi i żółtymi kolorami, które nawet świecą w ciemności!! Niepozorność i maty rozmiar dorosłych danio są jednak atutem w pracy genetyków, gdyż z łatwością można pomieścić ponad 20 000 dorosłych osobników w rybiarni nie większej niż 100 m2. Mimo małego rozmiaru rybki te są niezwykle produktywne. Hodowane w akwariach badawczych, po osiągnięciu dojrzałości w 8.-12. tygodniu życia, wytwarzają one potomstwo każdego tygodnia przez następne 1,5-2 lat. Ponadto, potomstwo jednej pary wynosi kilkaset zarodków, a w rekordowych przypadkach około 1000! Z punktu widzenia embriologa, najważniejsze jest jednak to, że zapłodnienie jest zewnętrzne i zarodek rozwija się poza organizmem matki. Zapłodnione jaja spadają na dno zbiornika, jak gdyby czekając, aby badacz włożył je pod mikroskop. A jest co oglądać! Zarodek zebrarybki jest otoczony przezroczystą otoczką ochronną, a sam -kształtu kuli o 0,7 mm średnicy - jest również przezroczysty. Wszystkie procesy rozwojowe są zatem dostępne dla oka badacza. Jeszcze jedną niezwykle cenną zaletą procesu rozwojowego danio jest jego szybkie tempo. W przeciągu 24 godzin od zapłodnienia zarodek danio rozwija wszystkie morfologiczne cechy kręgowców: ciało z głową, tułowiem i długim ogonem, wyraźną strunę grzbietową otoczoną po bokach somitami (zawiązkami mięśni i kości). Po grzbietowej stronie struny zarodka widoczny jest rozwijający się układ nerwowy, a po brzusznej stronie aorta, główna żyła i układ pokarmowy. Uważny obserwator dostrzeże tuż pod głową bijące serce i erytrocyty płynące w naczyniach krwionośnych tułowia. Zarodek wygina się spontanicznie, manifestując w ten sposób tworzenie funkcjonalnych połączeń między nerwami i mięśniami. Dla porównania, w ciągu 24 godzin zarodki ssaków zazwyczaj osiągają stadium dwu komórkowe! Tempo rozwoju danio jest porównywalne do rozwoju muszki owocowej, co znacznie przyspiesza wszelkie badania eksperymentalne.
Rozwój zapłodnionego jaja zebrarybki rozpoczyna się dość intensywnym pulsowaniem jego zawartości. Po około 40 minutach od zapłodnienia, na animalnym biegunie zarodka wyłania się mała wysepka cytoplazmy, która rozwinie się w ciało zarodka, korzystając z materiałów zapasowych zgromadzonych w podpierającej ją masie żółtka. Pierwsze podziały cytoplazmatycznej wyspy są synchroniczne. Tworzą masę blastodermy na animalnym biegunie zarodka. Na etapie 1000 komórek, 3 godziny od zapłodnienia, synchronia podziałów zanika. Jednocześnie jest aktywowana transkrypcja genomu zarodka. Oznacza to, że do tego momentu wszelkie procesy były regulowane materiałami zgromadzonymi w jaju przez samicę (tzw. produkty genów matczynych) i wprowadzonymi przez plemnik. W czwartej godzinie rozwoju rozpoczyna się pierwszy proces morfogenetyczny: epibolia. Żółtko wpycha się w masę komórek, a jednocześnie masa komórkowa staje się cieńsza i rozszerza się w kierunku bieguna wegetatywnego. Nieco później komórki przyszłej mezo-dermy i endodermy, zaindukowane na brzegu blastodermy, przesuwają się w głąb zarodka poprzez blastopor, tworząc nową głęboką warstwę. Proces internalizacji mezodermy i endodermy przebiega razem z epibolią do 10. godziny rozwoju, kiedy to żółtko jest już całkowicie pokryte blastodermą. Większość mezodermy i endodermy tworzy warstwę głęboką, a na powierzchni zarodka pozostaje prawie wyłącznie ektoderma. Jednocześnie komórki z innych części gastruli przesuwają się w kierunku tworzącej się na stronie grzbietowej osi zarodka. Temu zawężaniu towarzyszy wydłużanie się przednio-tylnej osi zarodka.
Fluoryzujące transgeniczne danio Badacze z Narodowego Uniwersytetu Singapuru stworzyli transgeniczne danio, fluoryzujące na zielono, żółto, pomarańczowo i czerwono. Efekt jest najlepiej widoczny pod światłem ultrafioletowym, ale wystarczy nawet światło dzienne albo świetlówka. Zmianę barwy osiągnięto, wprowadzając do genomu danio geny kodujące barwniki fluorescencyjne: zielony, pochodzący z morskiego krążkopława Aequorea victoria, żółty, który jest zmutowanym wariantem zielonego, oraz czerwony, występujący u ukwiała Discosoma sp. Barwa pomarańczowa jest wynikiem jednoczesnej fluorescencji barwników zielonego i czerwonego - takie rybki otrzymano w wyniku krzyżowania transgenicznych rodziców. Cel tych badań był praktyczny. Singapurscy badacze zamierzają związać ekspresję białek fluorescencyjnych z białkami produkowanymi pod wpływem określonego stresu, np. obecności w wodzie metali ciężkich albo innych skażeń. Takie transgeniczne ryby mogłyby pełnić rolę bardzo precyzyjnych - i tanich w produkcji - czujników, monitorujących stan wody. Receptory organizmów żywych są niezwykle precyzyjne i wykrywają niektóre substancje już przy bardzo niskich stężeniach. Zmiana barwy rybki - a także intensywność barwy - świadczyłaby o pojawieniu się niepożądanej substancji. Wykorzystanie takich transgenicznych organizmów zrewolucjonizowałoby monitoring biologiczny. Badania nad biologią tych ryb nie wykazały, aby linie transgeniczne miały jakąkolwiek przewagę nad typem dzikim - wręcz odwrotnie, ich płodność była niższa. Nie ma zatem niebezpieczeństwa, aby organizmy transgeniczne rozprzestrzeniły się w naturalnym środowisku. Zanim „neonowe" danio trafią na wyposażenie każdego laboratorium badającego jakość wody, zainteresowali się nimi już akwaryści. Czerwono fluoryzujące danio są dostępne na rynku amerykańskim w cenie 5 dolarów za sztukę, a W tym roku sprzedająca je firma zamierza wprowadzić także odmiany żółtą i zieloną. USA są jedynym krajem, w którym zezwolono na ich sprzedaż. Więcej informacji można znaleźć na stronie www.glofish.com. [KS]
|