Strona używa plików cookies więcej

Badania / Nauka

Danio do myślenia

Danio pręgowany (łac. Danio rerio, ang. zebrafish) jest organizmem modelowym wykorzystywanym w  laboratoriach na całym świecie. Pomaga naukowcom zrozumieć wiele zagadnień z zakresu biologii rozwoju, biologii molekularnej i genetyki. Doskonale sprawdza się także w badaniach toksykologicznych, umożliwiając pogłębienie stanu wiedzy na temat wpływu potencjalnie szkodliwych substancji na funkcjonowanie różnych tkanek i narządów. Dzięki badaniom z wykorzystaniem tego organizmu można również ocenić leczniczą wartość związków bioaktywnych (Dubińska-Magiera i wsp., 2016).

Danio pręgowany wyróżnia się wieloma pożądanymi w badaniach naukowych cechami. Wśród nich należy wymienić niewielkie rozmiary organizmu (osobnik dorosły mierzy od 3 do 5 cm długości) umożliwiające hodowlę dużej liczby osobników w stosunkowo niedużej przestrzeni. Dzięki temu nietrudno o przeprowadzanie doświadczeń o wysokiej przepustowości z użyciem niewielkiej ilości odczynników (Spitsbergen i Kent, 2003) i lepszej ocenie statystycznej dużej próby. Istotny jest również aspekt ekonomiczny hodowli organizmu modelowego. Danio jest organizmem niezbyt wymagającym, co z pewnością obniża koszty jego utrzymania.

Kolejnymi, bardzo istotnymi z punktu widzenia naukowca zaletami danio pręgowanego są jego wysoka płodność, szybki rozwój i krótki czas generacji. Z jednej pary rybek można uzyskać do dwustu zarodków składanych poza organizmem rodzicielskim w odstępach czasu co 5–7 dni (Stern i Zon, 2003). Embriony są relatywnie duże i transparentne w pierwszych dniach życia, co pozwala na obserwowanie i dokumentowanie w czasie rzeczywistym wszystkich etapów rozwoju. Pigmentacja embrionów rozpoczyna się około 30-72 godziny po zapłodnieniu (Hill i wsp., 2005), lecz nie stanowi ona problemu w badaniach gdyż można ją w łatwy sposób usunąć. Co ciekawe, testy na embrionach danio są prawnie klasyfikowane jako badania „in vitro”.

Danio pręgowane osiągają dojrzałość w ciągu około 3 miesięcy od momentu zapłodnienia. Główne narządy i tkanki danio (mózg, serce, nerki, mięśnie, wątroba) mają wiele cech wspólnych z ludzkimi odpowiednikami zarówno pod względem anatomicznym, fizjologicznym jak i molekularnym (Santoriello i Zon, 2012). Ponadto w badaniach o profilu molekularnym czy genetycznym, w których wykorzystuje się danio jego ogromnym atutem jest zsekwencjonowany genom, dostępny w wielu bazach danych.

Danio w badaniach naukowych

Danio stanowi model badawczy wielu ludzkich chorób. Przykładowo, dzięki temu, że budowa mięśni ryby i człowieka jest bardzo podobna, danio sprawdza się w badaniach dotyczących ludzkich dystrofii mięśniowych. Terminem tym określa się grupę chorób objawiających się słabością mięśni, zaburzeniami w ich funkcjonowaniu i w końcu ich zanikiem prowadzącym niekiedy do przedwczesnej śmierci.

Szczególnie interesujące są badania, w których stworzono model ryby „naśladujący” chorych pacjentów. Przykład stanowi mutant sap, który wykazuje objawy choroby Duchenne’a, zaburzenia o podłożu genetycznym powodującym postępujący i nieodwracalny zanik mięśni. Rybie modele chorób służą do badania przyczyn i przebiegu choroby oraz skuteczności nowych terapii leczniczych i projektowania skutecznych leków (Plantié i wsp., 2015).

Ryby danio używane są często do kontrolowania czystości środowiska a także do badań toksykologicznych. Wiele ważnych dla życia człowieka informacji dostarczyły właśnie badania wpływu metali ciężkich czy pestycydów na rozwój i funkcjonowanie danio. Uważna obserwacja zmian w zachowaniu i budowie ciała ryb wystawionych na działanie alkoholu, nikotyny czy kofeiny ułatwia zrozumienie wpływu tych substancji na człowieka. Przykładowo zarodki ryb danio poddane wpływowi alkoholu wykazywały zmiany w budowie układu nerwowego i mięśni. Wyniki tych eksperymentów zostaną z pewnością wykorzystane do zapobiegania i leczenia przypadków takich jak alkoholowy zespół płodowy (Dubińska-Magiera i wsp., 2016).

Pośród licznych zastosowań danio nie sposób pominąć tych związanych z monitorowaniem i badaniem zanieczyszczenia środowiska oraz oceną toksyczności różnych substancji. Chociaż danio jako narzędzie w tego typu badaniach jest wykorzystywany od wielu lat, dopiero najnowsze zdobycze inżynierii genetycznej umożliwiły konstruowanie specjalnych, zmodyfikowanych genetycznie linii tego organizmu. Linie te, zwane transgenicznymi, pełnią funkcję bioindykatorów (Dubińska-Magiera i wsp., 2016).

Linie „bioindykatorowe” są wyposażone w dodatkowe elementy, m.in. gen reporterowy, którego aktywność można łatwo wykryć metodami laboratoryjnymi oraz sekwencję regulatorową, która wpływa na miejsce odczytania podlegającego jej genu. Przykładowo, jeżeli dysponujemy linią danio, w której jako gen reporterowy użyto genu kodującego białko zielonej fluorescencji (GFP, ang. green fluorescent protein), to w obecności określonych substancji toksycznych ryba „zaświeci” na zielono. Miejsce świecenia będzie zależało od sekwencji regulatorowej np. może to być skóra lub mózg.

Danio na UWr

Na UWr w Zakładzie Biologii Rozwoju Zwierząt są obecnie realizowane dwa projekty badawcze z udziałem tej niepozornej rybki. Celem pierwszego z nich, finansowanego ze środków przyznanych przez Narodowe Centrum Nauki, jest poznanie funkcji małego białka szoku cieplnego HSPB8 w rozwoju i funkcjonowaniu mięśni oraz nerwów.  Białko to należy do dużej rodziny białek szoku cieplnego, której członkowie są zaangażowani w liczne procesy utrzymujące w komórkach proteostazę – stan równowagi białkowej. Wraz ze swoimi partnerami współtworzą maszynerię uczestniczącą w produkcji i niszczeniu wszystkich białek znanej jako system kontroli jakości białek (PQC, ang. protein quality control). Zaburzenia w utrzymaniu proteostazy są przyczyną występowania różnych zaburzeń, w tym chorób neurodegeneracyjnych. Realizacja tego projektu zakłada wykorzystanie, obok danio pręgowanego, również innego popularnego organizmu modelowego –  Drosophila melanogaster, szerzej znanego jako „muszka owocowa”. Badania z użyciem dwóch odmiennych modeli pozwolą na głębsze poznanie funkcji badanego białka HSPB8. Ponadto przyczynią się do lepszego zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw ludzkich chorób związanych z zaburzeniami funkcjonowania tego białka.

Drugi projekt skupia się na stworzeniu rybiego modelu choroby McArdle’a. Ta dziedziczna choroba, wynikająca z mutacji w ważnym dla funkcjonowania mięśni enzymie, objawia się niemożnością podejmowania intensywnego wysiłku fizycznego i przedwcześnie nadchodzącym zmęczeniem. Pacjenci cierpią na przykurcze i ból mięśni wynikający z ich uszkodzenia. Model choroby McArdle’a w danio pręgowanym pozwoliłby na testowanie nowych leków i badanie ich wpływu na funkcjonowanie chorych mięśni w rozwijającym się i dorosłym organizmie (Migocka-Patrzałek i wsp., 2015).

Danio pomaga popularyzować naukę

Ryby są także głównym bohaterem projektu e-danio. Nurkuj po wiedzę! , który promuje zawód naukowca i zachęca do podjęcia studiów wyższych dzięki spotkaniom z młodzieżą, udostępnianiu materiałów e-learningowych oraz bogatej w treści popularyzatorskie stronie internetowej. Już wkrótce pojawi się cykl satyrycznych rysunków poświęconych rybie danio i badaniom naukowym prowadzonym z jej udziałem pt. Doktor Zebra i profesor Rybka (tytuł nawiązuje do angielskiej nazwy zebrafish – danio pręgowany). Serdecznie zapraszamy do odwiedzenia naszych stron internetowych www.zbrz.uni.wroc.pl oraz www.e-danio.uni.wroc.pl.

Dodane przez: Kamilla Jasińska

10 Sty 2017

ostatnia modyfikacja: 23 Sty 2017