Samenvatting biologische modelsystemen

Samenvatting biologische modelsystemen
1. Historiek, definitie, criteria & mendeliaanse overerving
1.1 Historiek
-Naturalisme
 Voor 20e eeuw
 Observatie en beschrijving van het dierenrijk (vergelijkend)
 Beschrijven van rijkdom aan vormen, bouwplannen
 Onderzoekt fylogenie (evolutieve verwantschappen), diversiteit, adaptatie en
ecologie
-Embryologie
 Midden 19e eeuw
 Observatie en beschrijving van de vroege ontwikkeling
 Beschrijven van vorm larvale stadia
-Splitsing embryologie en evolutionaire biologie
 Eind 19e-vroeg 20e eeuw
-Experimentele biologie:
 Experimentele embryologie
1. Roux
=1e experimentele manipulatie van kikker embryo’s
=1e weefselculturen in fysiologische oplossing
=Vernietigen cel in 2cellig stadium met hete naald
2. Conklin
=Mozaïek ontwikkeling bij celdeling van zakpijp
3. Spemann-Mangold
=Transplantatie-experimenten in Amphibia
=Inductieve signalen naar andere weefsels
 Evolutionaire biologie – Genetica
4. Mendel
=Kruisingen van plantenvariëteiten
=Differentiële overerving van planten
5. Morgan
=Kruisingen van gemuteerde fruitvliegen
=Geslachtsgebonden overerving van kenmerken
=Crossing-over
=In kaart brengen van genen op chromosomen
6. Hardy-Weinberg
=Allelfrequentie in populaties
-Moleculaire biologie

,  1950s: onderzoek op bacteriën en virussen
 Verzoening tussen embryologie en genetica toen de klemtoon verschoof van het
begrijpen van transmissie van kenmerken tussen generaties naar hoe genen
functioneren in een levende cel
 In deze periode deden de meeste modelorganismen hun intrede
 Niet het gevolg van 1 kenmerk dat onderzoekers zich begonnen te richten op deze
organismen, het was het resultaat van een combinatie van bruikbare elementen
 Drosophila:
 Makkelijk te hanteren voor genetisch onderzoek
 Minder voor embryologische manipulatie
 Veel belangrijke regulatoren werden hier eerst ontdekt (Hox genen)
 Muis
 Grote verzameling van mutanten en knock-outs
 Xenopus en kip
 Grote, makkelijk manipuleerbare embryo’s
 2 revoluties
 Jacob en Monod
 Lac operon in E. Coli: DNAmRNAEiwit
 Watson en Crick
 Dubbele helix

1.2 Definitie en keuze van modelorganisme
-Dierlijke modelorganismen
 Organismen die de studie van bepaalde processen toelaten, die men kan
veralgemenen naar andere dierengroepen
 Naam gekozen omdat men niet wil begrijpen hoe de ene specifieke soort zich
ontwikkelt en functioneert, maar wel algemene mechanismen
 Geen ideaal organisme, maar is gekozen omdat het een bepaald voordeel heeft
 Historisch:
 Vb. fruitvlieg: kruisingsexperimenten
 Praktisch:
 Voor- en nadelen: fruitvlieg: perfect genetisch model, maar slecht
embryonaal model
-De Grote Zes
 Drosophila melanogaster
 Caenorhabditis elegans
 Danio rerio
 Xenopus laevis
 Gallus gallus
 Mus musculus
 De 6 niet mooi verspreid over dierenrijk: 2 ongewervelden en 4 gewervelden
 Weinig of geen fylogenetische overwegingen  Foute of naïeve uitspraken

,  Fylogenie loopt niet rechtlijnig, maar met aftakkingen
 Zebravis is geen voorouder van zoogdieren

1.3 Criteria
1) Beschikbaarheid
 Alle soorten behalve muis: grote aantallen eieren ter beschikking
 Geen enkel marien organisme: moeilijk te houden in labo
2) Kostprijs
 Zeer laag voor C. elegans <---> Zeer hoog voor muis
3) Toegankelijkheid
 Hoe gemakkelijk en snel men over embryo’s kan beschikken en hoe
gemakkelijk het embryo overleeft na manipulatie
 Voordeel voor organismen met uitwendige bevruchting (muis: slechter)
4) Kleine lichaamsgrootte
 Hoe kleiner, hoe minder gemakkelijk de experimenten verlopen
5) Snelheid
 Duur van de levenscyclus: 3dagen C. elegans en 9maanden Xenopus
6) Manipuleerbaarheid
 Micromanipulatie (cellen/weefsels verwijderen, transplanteren of injecteren)
is eenvoudig bij Xenopus
 Bij kleine organismen zoals D. melanogaster en C elegans: moeilijker
 Muizen hebben intra-uteriene ontwikkeling: ook moeilijker
7) Genetica en genenkaarten
 Alle modelorganismen hebben een complete inventaris van genen en
genenkaarten met hoge resolutie
 Kloneren van een gen is dus niet nodig: gen kan uit centrale databank gehaald
worden
8) Relevantie
 Kip en muis hebben voordeel: amnioten
 Muis is ook een zoogdier: meer gelijkenissen met de mens

1.4 Mendeliaanse overerving
-Chromosomen
 Drager van erfelijke info gecodeerd als genen
 Worden van ouder naar kind overgedragen
-Lichaamscel: dubbele set van gelijke chromosomen = homologe chromosomen of
autosomen (uitz. Geslachtschromosomen) = diploïd (in paren = 2n (46 bij de mens))
 De 2 chromosomen van een paar zijn gelijk in lengte en vorm
-Gameten (ei- en zaadcellen): 1 kopie van elk chromosoom = haploïd (enkelvoudig = n)
 Bij bevruchting ° zygote = diploïd

, -Genen komen voor in ≠ varianten = allel
-Van elk gen heeft een diploïd organisme 2 allelen
 Locus: plaats waar de 2 allelen (op dezelfde plaats) v homologe chromosomen liggen
 Info op de 2 allelen kan: (variatie door verschillen in nucleotide volgorde vd allelen)
 Gelijk zijn: homozygoot = genenpaar bestaat uit 2 gelijke genen
 Ongelijk zijn: heterozygoot = genenpaar bestaat uit 2 verschillende genen
 Dominant allel
 Allel dat altijd tot uiting komt in het fenotype (hetero- of homozygoot)
 Recessief allel
 Allel dat tot uiting komt als er geen dominant gen aanwezig is (homozygoot)
 Onvolledig dominant allel
 Dominant allel dat bij een heterozygoot individu een recessief gen ook tot
uiting laat komen (intermediar fenotype: 2 ongelijke allelen beide tot uiting)
-Mitose en meiose
 S-fase
 Chromosomen worden gerepliceerd: de 2 kopieën (zusterchromatiden)
blijven aan elkaar hangen en vormen een gerepliceerd chromosoom
 Deze gerepliceerde chromosomen vormen paren
 Meiose I
 Homologe chromosomenparen worden uit elkaar getrokken (2n, 2 kopieën
van elke chromatide)
 Meiose II
 Zusterchromatiden in 1 chromosoom worden uit elkaar getrokken (n, 1 kopie
van elke chromatide)
-Genotype en fenotype
 Fenotype
 Waarneembare eigenschappen
 Wordt bepaald door genotype en omgeving
 Genotype
 Verzameling genen in een cel
 Gen: deel van chromosoom die info bevat voor 1 erfelijke eigenschap
 Locus: plaats van een gen op chromosoom
 Allel: verschijningsvorm van een gen
-Monohybride kruising
 Kruising waarbij wordt gelet op de overerving van 1 eigenschap (1 genenpaar is
hierbij betrokken)  Kruisingsschema opstellen
 Mendel:
 PP (paars) x pp (wit) =P-generatie
↓
Pp (paars) =F1-generatie