幾乎所有生物技術(shù)的進(jìn)步都是因?yàn)檫@些多細(xì)胞生物而成為可能的，這些多細(xì)胞生物也被稱為模式生物或只是“模型”。這些是用于研究各種生物現(xiàn)象，尤其是研究各種人類疾病的非人類物種。
文章索引（點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)）
為什么黑腹果蠅成為理想的模式生物？
使用秀麗隱桿線蟲(chóng)作為模式生物進(jìn)行的研究示例
為什么秀麗隱桿線蟲(chóng)被認(rèn)為是一種很好的模式生物？
使用小鼠作為模式生物的優(yōu)勢(shì)
轉(zhuǎn)基因小鼠或轉(zhuǎn)基因小鼠
什么是裸鼠？
使斑馬魚(yú)成為研究的重要模型的因素是：
使用 thale cress 作為模式生物的優(yōu)勢(shì)
使用熱帶爪蟾作為模式生物的好處
使用豚鼠作為模式生物的研究示例
研究模式生物以了解人類的各種生物過(guò)程。由于倫理問(wèn)題，人類不能被用作模式生物。所有生物的共同血統(tǒng)使研究人類的代謝和發(fā)育途徑成為可能。
作為研究模型，生物體必須具有以下特征：
它應(yīng)該體積小，在實(shí)驗(yàn)室條件下易于管理。
模式生物應(yīng)該具有大量繁殖的能力。
模式生物的較短世代時(shí)間有助于研究人員同時(shí)研究不同世代。世代時(shí)間是個(gè)體出生到其后代出生之間的時(shí)間段；換句話說(shuō)，我們可以說(shuō)世代時(shí)間是兩個(gè)連續(xù)世代之間的時(shí)間段。
模式生物和人類之間某些基因的相似性有助于找出與該特定基因相關(guān)的特征或疾病。
生命周期短的有機(jī)體是首選，它們的生長(zhǎng)/營(yíng)養(yǎng)需求應(yīng)該最低。
模式生物必須對(duì)其全基因組進(jìn)行測(cè)序，并且對(duì)人類無(wú)害。
一些用作研究模型的多細(xì)胞生物的例子有：
果蠅（黑腹果蠅）
線蟲(chóng)（秀麗隱桿線蟲(chóng)）
西部爪蛙（非洲爪蟾）
老鼠（Mus musculus）
斑馬魚(yú)（斑馬魚(yú)）
豚鼠 (Cavia porcellus)
你一定見(jiàn)過(guò)小蒼蠅坐在腐爛的水果和蔬菜上；這些蒼蠅被稱為黑腹果蠅（果蠅）。這些果蠅現(xiàn)在已成為研究遺傳學(xué)的流行無(wú)脊椎動(dòng)物模型。許多對(duì)果蠅的研究表明，遺傳物質(zhì)存在于染色體中。
為什么黑腹果蠅成為理想的模式生物？
它的生命周期很短，生成時(shí)間為 12 天。
它們的小尺寸和最小的生長(zhǎng)要求使科學(xué)家能夠在小型實(shí)驗(yàn)室中輕松培養(yǎng)它們。
在其一生中，雌性果蠅每天可以產(chǎn)下多達(dá) 50 個(gè)卵。
它們具有含有碳水化合物和蛋白質(zhì)（酵母提取物）的飲食的最低營(yíng)養(yǎng)需求。
他們的整個(gè)基因組已經(jīng)被測(cè)序，他們只有4對(duì)染色體。基因可以很容易地被操縱，這使科學(xué)家能夠了解特定基因的作用；這使它們成為研究遺傳學(xué)的完美模型。
果蠅和人類之間大約有 60% 的基因相似性。許多常見(jiàn)基因與癌癥和其他遺傳疾病有關(guān)。
秀麗隱桿線蟲(chóng)是一種長(zhǎng)約1毫米的透明體的線蟲(chóng)。它有一個(gè)不分節(jié)的圓柱形身體，有一個(gè)假結(jié)腸（pseudocoloem），它缺乏呼吸和循環(huán)系統(tǒng)。秀麗隱桿線蟲(chóng)是第一個(gè)在 1980 年底完成全基因組圖譜的多細(xì)胞生物。秀麗隱桿線蟲(chóng)有兩種性別：雄性 (XO) 和雌雄同體 (XX)。這些雌雄同體的蠕蟲(chóng)具有雄性和雌性性器官（卵睪）。受精發(fā)生在內(nèi)部。
為什么秀麗隱桿線蟲(chóng)被認(rèn)為是一種很好的模式生物？
它有一個(gè)透明的身體，使研究人員能夠密切監(jiān)測(cè)不同發(fā)展階段發(fā)生的變化。
C. elegans，就像人類一樣，對(duì)他們喜歡和不喜歡的事物做出反應(yīng)。這使其成為人類行為研究的完美模型。
2-3 周的短生命周期有助于在短時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)發(fā)育階段。
C. elegans有兩種性別；XO雄性和XX雌性雌雄同體。這些雌雄同體的雌性能夠自我受精，并能產(chǎn)生數(shù)百個(gè)后代。這種自我受精的能力有助于將其用作模式生物，因?yàn)樗梢宰晕沂芫a(chǎn)生大量后代，并且不依賴雄性受精。
秀麗隱桿線蟲(chóng)體型非常小，營(yíng)養(yǎng)需求最低。它們以細(xì)菌為食，因此可以通過(guò)使它們以大腸桿菌等細(xì)菌為食，在實(shí)驗(yàn)室中輕松生長(zhǎng)。
C. elegans 可以在 80°C 的冷凍狀態(tài)下儲(chǔ)存，然后在需要時(shí)解凍以進(jìn)行進(jìn)一步研究。
它們?cè)谏窠?jīng)系統(tǒng)疾病和心臟和腎臟疾病等研究中充當(dāng)潛在的模型生物。
在有利的條件下，它們每天可以生產(chǎn) 1,000 多個(gè)雞蛋。
使用秀麗隱桿線蟲(chóng)作為模式生物進(jìn)行的研究示例
與年齡相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森病，是由于 α-突觸核蛋白以路易體形式的積累而導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的損失。α-突觸核蛋白是一種有助于神經(jīng)傳遞的神經(jīng)元蛋白，存在于大腦、肌肉和其他組織中。在 PD 中，α 突觸核蛋白的錯(cuò)誤折疊會(huì)導(dǎo)致團(tuán)塊的形成，最終損害腦細(xì)胞。秀麗隱桿線蟲(chóng)的基因組沒(méi)有 α-突觸核蛋白的直系同源物；因此，線蟲(chóng)可以用作模型生物來(lái)研究 α-突觸核蛋白變體在秀麗隱桿線蟲(chóng)中過(guò)表達(dá)的影響。最初，人們認(rèn)為 α-突觸核蛋白以路易體的形式積累會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。然而，一項(xiàng)關(guān)于秀麗隱桿線蟲(chóng)的研究表明，可溶性寡聚體誘導(dǎo)神經(jīng)毒性，而不是 α-突觸核蛋白的不溶性聚集體。
線粒體，也被稱為細(xì)胞的發(fā)電站，以 ATP 分子的形式產(chǎn)生能量。線粒體功能障礙會(huì)導(dǎo)致許多嚴(yán)重的疾病，如 Leigh 綜合征、代謝紊亂和線粒體肌病。線蟲(chóng)有許多導(dǎo)致人類線粒體疾病的直系同源基因。研究發(fā)現(xiàn)，在秀麗隱桿線蟲(chóng)中抑制這些基因會(huì)導(dǎo)致許多發(fā)育缺陷。
用 S. typhimurium 感染 C. elegans 表明 p38MAPK 信號(hào)傳導(dǎo)參與了針對(duì)細(xì)菌的先天免疫反應(yīng)。
在實(shí)驗(yàn)室中用于研究目的的小鼠稱為實(shí)驗(yàn)室大鼠或?qū)嶒?yàn)室大鼠。實(shí)驗(yàn)室大鼠是 Mus musculus 的 3 個(gè)亞種的雜交體：Mus musculus domesticus、Mus musculus musculus 和 Mus musculus casteaneous。這些實(shí)驗(yàn)室大鼠有白色（白化小鼠）或黑色皮毛，而野生小鼠有棕色皮毛。與野生小鼠相比，實(shí)驗(yàn)室大鼠的攻擊性更小，體重也更輕。
使用小鼠作為模式生物的優(yōu)勢(shì)
它的整個(gè)基因組已被測(cè)序，由于與人類基因組有 85% 的相似性，M. musculus（小鼠）通常被認(rèn)為是完美的模式生物。
已經(jīng)對(duì)小鼠進(jìn)行了許多研究，例如神經(jīng)退行性疾病、癌癥研究、衰老等。
它們的妊娠期很短，大約 3 周，一次可以產(chǎn)下 3 到 10 個(gè)后代。
轉(zhuǎn)基因小鼠或轉(zhuǎn)基因小鼠
研究人員可以在發(fā)育過(guò)程的某些階段突變或改變小鼠的某些基因。這有助于得出關(guān)于特定基因功能的結(jié)論；這些老鼠被稱為轉(zhuǎn)基因老鼠或轉(zhuǎn)基因老鼠。
什么是裸鼠？
裸鼠是沒(méi)有胸腺的轉(zhuǎn)基因或轉(zhuǎn)基因品系。我們知道胸腺負(fù)責(zé) T 細(xì)胞的產(chǎn)生和成熟，這是細(xì)胞介導(dǎo)免疫的重要組成部分。由于缺乏 T 細(xì)胞，這會(huì)導(dǎo)致免疫力受損。它們是通過(guò)破壞 FOXN1 基因在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的。FOXN1 基因負(fù)責(zé)人類頭發(fā)、指甲和免疫力的發(fā)育。它們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中用于深入了解免疫反應(yīng)、癌癥和艾滋病等主題。
斑馬魚(yú)（斑馬魚(yú)）是一種常見(jiàn)于南亞的淡水魚(yú)，在研究中被廣泛用作脊椎動(dòng)物模式生物。它長(zhǎng)約2.5厘米至4厘米。雄性比雌性更苗條、更瘦。它們常見(jiàn)于溪流、運(yùn)河、池塘和稻田中。它們是雜食性動(dòng)物，以昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)、浮游植物、蠕蟲(chóng)等為食。
使斑馬魚(yú)成為研究的重要模型的因素是：
自 1960 年代以來(lái)，斑馬魚(yú) (Danio rerio) 一直被用作模式生物。他們的全基因組已被測(cè)序；這使研究人員能夠通過(guò)在其中產(chǎn)生突變來(lái)研究某些基因的功能。
斑馬魚(yú)體型較小，即使在預(yù)算較低的小型實(shí)驗(yàn)室中也很容易處理。
它們需要較少的維護(hù)，并且每周可以產(chǎn)生大量后代，這使它們成為藥物篩選的寶貴模型。
透明的斑馬魚(yú)幼蟲(chóng)有助于研究?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)育。
在斑馬魚(yú)中，受精發(fā)生在雌性體外（體外受精），這有助于研究人員研究和監(jiān)測(cè)發(fā)育的早期階段。
斑馬魚(yú)已被用于研究某些疾病（如癌癥、肌肉萎縮癥等）背后的生物學(xué)過(guò)程。
斑馬魚(yú)和人類之間有 70% 的基因相似性，使其成為研究人類疾病的完美模型。
斑馬魚(yú)可以在幾周內(nèi)修復(fù)受損的心肌。科學(xué)家們正在探索斑馬魚(yú)的這種獨(dú)特能力，并試圖找出造成這種情況的具體因素。如果我們能找到修復(fù)人類心臟的方法，這將是一項(xiàng)偉大的成就。
斑馬魚(yú)擁有參與代謝過(guò)程的所有器官，因此，它們可用于研究人類許多與代謝相關(guān)的疾病。以斑馬魚(yú)為動(dòng)物模型，對(duì)非酒精性脂肪肝、肝病和 II 型糖尿病等疾病進(jìn)行了研究。
A. thaliana (thale cress) 是一種維管植物，有白色的花朵。它被認(rèn)為是植物和農(nóng)業(yè)科學(xué)中流行的模式生物。它是第一個(gè)繪制全基因組圖譜的植物，這使其成為了解植物分子生物學(xué)、開(kāi)花和發(fā)育的流行模型。
使用 thale cress 作為模式生物的優(yōu)勢(shì)
擬南芥基因組較小（~135Mb），便于遺傳作圖，而且由于其體積小，易于在小空間內(nèi)培養(yǎng)，并產(chǎn)生大量種子。
它已被用于了解植物與其致病病原體之間的相互作用。
它的生成時(shí)間短，生長(zhǎng)要求有限。他們很容易照顧。
A. 擬南芥可作為農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化載體，因此可用于植物遺傳學(xué)。它有助于生產(chǎn)抗病原體作物。
開(kāi)發(fā)速度非常快，只需 5-6 周。
通過(guò)用誘變化學(xué)物質(zhì)處理種子或?qū)⑺鼈儽３衷谀承┹椛湎拢梢院苋菀椎剡M(jìn)行突變。
非洲爪蟾，又稱西爪蛙，是蛙類的一種。它的自然棲息地包括河流、沼澤、淡水湖泊、亞熱帶或熱帶潮濕的森林等。熱帶百合長(zhǎng)約5厘米，雌性比雄性大20%。他們的眼睛位于頭頂?shù)母咛帯Ｋ淖ψ油耆Y(jié)合在一起。背面呈深褐色，帶有黑色灰色小斑點(diǎn)。它以蚯蚓和昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)為食，而蝌蚪則以浮游動(dòng)物為食。X.tropicalis 已被用作研究脊椎動(dòng)物早期發(fā)育的模型。
使用熱帶爪蟾作為模式生物的好處
它的整個(gè)基因組已被測(cè)序，這使其成為研究脊椎動(dòng)物遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的流行模式生物。
X.tropicalis 的世代時(shí)間很短，不到 5 個(gè)月。
X.tropicalis 的體型較小，因此它們不會(huì)占用太多空間，并且每次產(chǎn)卵可以產(chǎn)生大量的卵（最多 3000 個(gè)）。
在實(shí)驗(yàn)室中，可以通過(guò)注射激素來(lái)人工誘導(dǎo)排卵。
胚胎在外部發(fā)育，這有助于研究發(fā)育的所有階段。可以通過(guò)將胚胎暴露于特定的化學(xué)物質(zhì)來(lái)對(duì)胚胎進(jìn)行操作。
幾天之內(nèi)，卵子可以發(fā)育成透明的蝌蚪，這使得使用顯微鏡研究胚胎發(fā)育的不同階段變得容易。
X.tropicalis 和人類一樣是二倍體，因此，它已被用于研究比較遺傳學(xué)、胚胎發(fā)育和細(xì)胞生物學(xué)。
豚鼠是嚙齒動(dòng)物的一種。自17世紀(jì)以來(lái)，對(duì)豚鼠進(jìn)行了各種研究。但現(xiàn)在，它們被老鼠和實(shí)驗(yàn)室老鼠所取代。許多研究，如肺結(jié)核和壞血病，都是使用豚鼠作為研究模型進(jìn)行的。
使用豚鼠作為模式生物的研究示例
豚鼠在生物學(xué)上與人類相似，這使它們成為營(yíng)養(yǎng)研究、抗生素作用、結(jié)核病和白喉疫苗開(kāi)發(fā)以及以豚鼠為動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)維生素 C 等研究的完美模型生物。
豚鼠模型已被用于研究結(jié)核病的發(fā)病機(jī)制。當(dāng)豚鼠被結(jié)核分枝桿菌感染時(shí)，它們會(huì)像人類一樣發(fā)展出原發(fā)性病變。
