盘点生物实验中的那些模式微生物

 

据估计,世界上可能有多达20亿的生物物种,每一种都具有对生存至关重要的保守而独特的生物机制。科学家如何了解它们呢?所以引入了进入模式生物。模式生物,顾名思义,是用来作为理解其他生物的代表性的模型生物,它们对研究生物机制特别有用。有了它们, 我们现在了解了从衰老到合子发育的复杂过程。

 

典型情况下,模式生物易于生长,世代短,具有良好的特征,基因易于操纵。微生物特别适合作为模式生物,因为大多数微生物可以在实验室中容易地培养并且具有短的生成时间(分钟和小时,而对于分类学上的高等生物,则需要数周甚至数月的时间),这使它们成为深入研究的热门对象。

 

模式微生物的摇滚明星

 

在模式微生物的列表中,大肠杆菌和酿酒酵母是摇滚之星。大肠杆菌,是1884年微生物学家西奥多·埃施里奇发现它而命名,是一种革兰氏阴性细菌,常见于温血动物的肠道内。它是研究最深入的自由生活的生物,有12项诺贝尔奖授予了利用这种细菌报道儿童的研究。

 

事实上,转录、翻译和复制的过程以及遗传密码都是在大肠杆菌中首次被破译的,这使得大肠杆菌成为分子生物学中最重要的微生物。

 

和大肠杆菌一样,酿酒酵母(被称为面包酵母)经常用于科学研究。酿酒酵母也是第一个对其进行基因组测序的真菌。由于许多酵母蛋白在序列和功能上与高等真核生物相似,包括人类在内,在酿酒酵母中进行的研究可以帮助我们了解真核基因的功能。

 

聚焦新兴的模式微生物

 

鉴于生命的生物多样性,没有一个生物体是另一个生物体的完美代表。当我们寻求生物学中更多问题的答案时,其他令人兴奋但鲜为人知的微生物已经成为模型。本文介绍来自每种微生物分类的这些新兴模式微生物的实例。

 

  1. 藻类

 

涉及纤毛的人类疾病(如多囊肾病),通常使用诸如衣藻(Chlamydomonas)的藻类进行研究。因为藻类的鞭毛与纤毛有许多相似之处,藻类也被用于研究生物机制,例如膜对水的渗透性,渗透调节和耐盐性。

 

 

模式藻类的一个典型例子是团藻,这种令人着迷的微藻形成多达50,000个细胞的球形菌落,使其成为许多教科书封面上的常见图像。这个美丽的细胞球最近在生命之树中转变为多细胞性,并被用作研究单细胞如何进化成多细胞生物的模型。与其他模式生物一样,团藻可以用外源DNA(例如转基因)转化,还可以进行敲除以研究基因的功能。由于它们的大尺寸,在显微镜下很容易看到菌落,并且可以基于目视检查筛选突变体。

 

  1. 原核生物

 

细菌如大肠杆菌是最早用作模型的微生物,因为它们具有简单的细胞结构,且易于培养。 聚球藻是一在海洋环境中发现的种蓝细菌,光合自养,可通过光合作用捕获光,。它已被用作模式生物来研究各种细胞过程,包括昼夜节律,碳浓缩机制,对环境胁迫的响应,光合作用和细胞分裂。研究者对一些聚球藻属菌株的基因组和蛋白质组进行了测序,促进对功能和代谢细胞过程的理解。

 

 

  1. 真菌

 

和芽殖酵母酿酒酵母一样,裂殖酵母通过将自身分成两个相同大小的子细胞而繁殖,作为模式微生物而成为人们关注的焦点。粟酒裂殖酵母和酿酒酵母用于研究分子过程,如对DNA损伤和DNA复制的反应。在人类基因组中也发现了许多负责裂殖酵母中细胞分裂和细胞组织的基因,使其成为研究人类这些过程的优秀模型。粟酒裂殖酵母的基因组已经完全测序,酵母中几乎所有蛋白质的亚细胞定位已通过标记绿色荧光蛋白(GFP)得到阐明。

 

 

  1. 原生生物

 

作为真核生物,原生生物和人体的许多细胞特征是保守的,使其成为研究人体细胞中发生的基本过程的良好代表。纤毛虫和变形虫是这种分类中常见的模式生物。喇叭虫具有喇叭形巨型纤毛,具有从碎片中自我再生的能力,使其成为研究细胞再生和伤口愈合的模式生物。纤毛虫尖毛虫用于研究染色体生物学,合子后发育,表观遗传学和基因组重排。 尾刺耐格里原虫既是变形虫,又是游动的鞭毛虫,它用于了解这两种不同状态的细胞运动性,这些发现的见解揭示了疾病机制,如癌症的传播。

 

 

随着我们发现更多关于无数生命并且随着测序技术的进步,每个生物体都可能成为模型。更有趣的微生物可能会在未来成为模型。

 

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