Model Organizma Drosophila melanogaster, model organizma olarak yaklaşık 100 yıldan fazladır kullanılmasıyla; en geniş tarihe, genetik ve gelişim biyolojisinde çok fazla çalışılan bir organizmadır. Küçük bir kanatlı böcektir ve çürümüş meyvelerin üzerinde beslenerek ve üreyebilir. Basit diyetlerinin olması, yaşam döngülerinin kısa olması, polytene kromozoma sahip olmaları ve basit immün sistemlerinin olması model organizma olarak seçilmesinin sebeplerindendir. 2001 yılında DNA sekansı tamamlanan meyve sineği, 165 milyon baz çiftine ve 14.000 gene sahiptir. İnsan ve meyve sineği genleri arasındaki ilişki oldukça yakındır. İnsanlarda bulanan çeşitli hastalık genlerinin karşıtı meyve sineklerinde  (%75i kadar) vardır. Bu sayede insan genlerinin fonksiyonu hakkında bilgi edinilir ve yeni ilaçların geliştirilmesinde yardımcı olur.

Bünyemizde bulunan Drosophila melanogaster (Oregon R) model organizma laboratuvarında; moleküler üretim departmanında, %100 yerli kaynak bitkilerden elde edilen antioksidanların diyetlerine takviyesi ile, tip 2 diyabet ve obezite gibi metabolizmal hastalıklar ve etkileri modellenmektedir. Diyet içeriğinin etkisi ile hastalıklar çerçevesinde organizmanın; yaşam ömürleri, yaşam fonksiyonları, fertilite, mobilite, metabolizmal enzim aktiviteleri,  protein değerleri ve gen anlatımları incelenmektedir.

MODEL ORGANİZMA TANITIM

Model organizmalar, biyolojik süreçleri anlamak için çalışılan ve keşiflerin diğer organizmaların işleyişi hakkında bilgi sağlayan insan olmayan türlerdir. Evrim ağacında, araştırmacılara evrimsel gelişim hakkında fikir veren önemli canlılardır. Model organizmalar temel biyolojik ve klinik araştırmanın vazgeçilmez araçları haline gelmiştir ve bilim insanlarına muazzam miktarda bilgi biriktirme konusunda yardımcı olmuştur. Araştırmacılar çalışmalarında kullanmak için bir organizma aradıklarında, birkaç özellik ararlar. Bunların arasında büyüklük, üretim süresi, erişilebilirlik, manipülasyon, genetik, mekanizmaların korunması ve potansiyel ekonomik fayda vb. Seçilmiş bakteri, mantar, bitki veya hayvanların basit yöntemlerle yetiştirmesi, incelenmesi önemlidir. Bu nedenle biyolojik ve biyomedikal araştırmalar için büyük önem taşırlar.

Model organizmaların tarihi; bazı organizmaları kullanarak diğer organizmalar ile ilgili bilgi edinilmesi, aynı türdeki diğer organizmaların kontrolu olarak çalışmak için kullanılabileceği fikriyle başlamıştır (Charles Darwin Hayat Ağacı Kroki – 1837) . Günümüzde filogenetik analizler; biyoçeşitliliği, evrimi, ekolojiyi ve genomları anlamak için merkez haline gelmiştir.Model organizmalar 19. yüzyılın ortalarında; Charles Darwin ve Gregor Mendel gibi araştırmacıların, doğal seleksiyon ve kalıtımın genetik çalışmaları gibi çalışmalarda vazgeçilmezi olmuştur. Bitkiler ve serbest yaşayan hayvanlar üzerinde yapılan bu temel çalışmalar; 20. yüzyılda Drosophila, E.coli ve laboratuar fareleri gibi yeni model organizmaların kullanılmasına imkan sağlamıştır.

İnsan fizyolojik süreçlerini ve davranışlarını anlamak için; insanlarla yüksek derecede bir homolojiye sahip memeli model organizmaların seçilmesi daha doğru araştırma sonucu ortaya koyar. Kolay tutulması nedeniyle, memeli model organizmalardan fare ve sıçan türleri en önemli temsilcilerdir.

Araştırmada hizmet veren hayvan modellerinde; insan durumuna benzer, mevcut, yerleşik veya indüklenmiş bir hastalık veya yaralanma olmaktadır. Hayvan modellerinin kullanılması sırasında araştırmacıların; bir insana zarar vermesi etik olarak kabul edilmeyecek bir zarar seviyesi anlamına gelen prosedürlerle hastalık durumlarını araştırmalarını sağlar.

Memeli çalışmalarında bu seviyeler belirlenerek etik kurullara sunulan taahhütnameler ile izin alınması gerekir. İzni alınmamış, zarar seviyeleri kabul edilmeyecek derecede yüksek çalışmaların yürütülmesi yasak ve son derece yanlıştır!

MEMELİ OLMAYAN,  MODEL ORGANİZMALARIN FARKLI AVANTAJLARI HAKKINDA BİLGİLER
PROKARYOTLAR
Bacillus subtilis

Temel araştırmada B. subtilis bakteriyel kromozom replikasyonu ve hücre farklılaşmasını incelemek için tercih edilen türdür.  Bakterilerin ve gram pozitif spor oluşturucu bakterilerin temel özelliklerini keşfetmeye yönelik laboratuvar çalışmalarında kullanılır.

Escherichia coli

E. coli kolay ve ucuz bir şekilde yetiştirilerek, kültürlenebilir. Ekili bir suş olan E. coli K12, son 60 yıldır yoğun bir şekilde araştırıldığı laboratuvar ortamına iyi adapte edilmesinden dolayı en çok çalışılan prokaryotik model organizmadır. 1946’da, ilk bakteriyel konjugasyon, faj genetiğini anlamak için yapılan ilk deneylerle başlayarak, etkili bakteri modeli olarak E. coli tarif edilir.

MANTARLAR
Aspergillus nidulans

Aspergillus nidulalar, ökaryotik hücre biyolojisini incelemek için önemli bir model organizmadır. Paraseksüel özelliği, rekombinant DNA elde edilmeden çok önce paraseksüelliklerinden yararlanılarak genetik markerlarının rekombine edilmesini ve hızla en önemli ökaryotik model organizma haline gelmesini sağlamıştır. 1950’lerden bu yana rekombinasyon, DNA onarımı, mutasyon, hücre döngüsü kontrolü, tübülin, kromatin, nükleokinez, patogenez, metabolizma ve deneysel evrim dahil olmak üzere çok çeşitli konuları incelemek için kullanılmaktadır.

Neurospora crassa

N. crassa kırmızı ekmek mantarıdır. Resesif özelliklerin ve komplike olmayan tarım uygulamalarının analizini kolaylaştıran haploid yaşam döngüsü nedeniyle; mayoz, metabolik düzenleme ve sirkadiyen ritim araştırmalarında sıklıkla kullanılmaktadır. X ışınları deneyleri ve belirli enzimlerdeki sorun analizlerinde “bir gen, bir enzim” hipotezine yol açmıştır. Sirkadiyen ritimler, epigenetik ve gen susturma(Knock out), hücre polaritesi, hücre füzyonu, gelişimi, hücre biyolojisi ve biyokimyasının birçok yönüyle ilgili moleküler olayların aydınlatılmasında önemli olmuştur. Yabani tip N. crassa varyantlarının, genlerin nakavt edilmesi ile fonksiyonlarını belirlemek için geniş çapta incelenmiştir.

Schizosaccharomyces pombe

Fisyon mayası olan S. pombe bir hücreli bir ökaryottur. Hücreler, yalnızca hücre uçlarından tomurcuklanma ile büyür ve hücre döngüsü araştırması için önceden belirlenmiş iki eşit boyutta iki hücre üretir. S. pombe, genomu tamamen dizilenmiş altıncı model ökaryotik organizmadır. Bir maya hücresinin temel prensipleri; memeliler ve özellikle insanlar gibi daha karmaşık organizmaları anlamak için kullanılmıştır. S. pombe ayrıca DNA hasarına ve DNA replikasyon sürecine verilen hücresel tepkileri incelenen önemli bir organizma haline gelmiştir.

Saccharomyces cerevisiae

Hücre döngüsü, sinyal proteinleri ve enzimler gibi çeşitli insan proteinleri ilk önce mayalarda, özellikle S. cerevisiae’da homologları çalışılarak keşfedilmiştir. Bir ökaryot olarak, kodlayıcı olmayan DNA yüzdesi yüksek olmamasına rağmen, yapısı bitki ve hayvanların kompleks iç hücre yapısına benzerdir. Tek hücreli organizma olarak, kısa bir kuşağa sahiptir ve kolayca kültürlenebilir. Tamamen dizilen ilk ökaryotik genomdur.

ALGLER
Chlamydomonas reinhardtii

C. reinhardtii, tek hücreli yeşil bir algdir. Komplike olmayan yapısı, büyüme ve genetiğini değiştirme yeteneği ile bilim insanlarının dikkatini çekmektedir. Hücre hareketi ve tanıma, fotosentez, flagella ve hareketlilik, metabolizmanın düzenlenmesi ve açlığa tepki gibi temel konular üzerinde; araştırmacıları C. reinhardtii’yi model organizma olarak kullanmaya teşvik eder. Algler haploid olduğu için, tasarlanan mutasyon deneylerini doğrudan fenotipte gösterir. Eşsiz mitokondriyal proteinlerin yapısı ile, mitokondriyal çalışmalar için önemli bir organizmadır.

BİTKİLER
Arabidopsis thaliana

A. thaliana, bitki moleküler genetiği ile ilgili temel araştırmalarda en çok araştırılan model organizmadır. Küçük yapısı, genomu, kısa kuşak süresi, çiçek gelişimi ve ışığın algılanması dahil olmak üzere birçok özelliği ile moleküler biyolojisinin anlaşılmasında bir araç olarak genetik çalışmalarda kullanılır. A. thaliana, genomunu dizilen ilk bitkidir. Mutant bitkileri ve doğal tip A. taliana daha sonraki araştırmalar için gerekli olan en kolay transforme edilebilen çok hücreli organizmadır. RNA yönelimli, RNA metilasyonunu (transkripsiyon susturma) anlamaya yardımcı olan birçok fenotipik ve biyokimyasal mutantları haritalandırılmıştır.

Oryza sativa

Pirinç (Oryza sativa), dünyadaki en önemli mahsullerden biridir. Herhangi bir tahıl türünün en küçük genlerinden birine sahip olan Uluslararası Pirinç Genomu Sıralama Projesi (IRGSP) 1997 yılında genom haritası çıkaılmaya başlanmıştır. Genom araştırmaları, direnç ve üretim değerlerini artırmak amacıyla genetik modifikasyonları yaratılması için doğru bir organizmadır. A vitamini eksikliğiyle mücadele etmek için, pirinci iki beta-karoten biyosentezi geniyle dönüştürerek Altın pirinç üretilmiştir.

Zea mays

Mısır diploid bir monokottur ve en çok kullanılan tahıl tanelerinden biridir. Neredeyse bir yüzyıldır genetik, moleküler biyoloji ve tarımsal biyoteknolojilerinde araştırma için temel bir model organizma olmuştur. Mısır kromozomlarının bazıları yüksek oranda tekrarlayan heterokromatik alanlarla kromozomal bölgeler içerir. Bölgeler transpozonları keşfetmeye yardımcı olmuştur ve atlama genlerinin teorisini doğrulamıştır. Genomun yaklaşık % 85’i transpozonlardan oluşur. Pek çok DNA markırı haritalanmış ve genomunun tamamı 2008’de sıralanmıştır. Mısır, gelişimsel fizyoloji, epigenetik, haşere direnci, heteroz, nicel kalıtım ve karşılaştırmalı genomik çalışmalarında kullanılır.

HAYVANLAR
Caenorhabditis elegans

C. elegans serbest yaşayan, şeffaf bir nematottur. Çok hücreli bir ökaryotik organizmadır, ancak ayrıntılı olarak çalışılacak kadar basittir. Gelişim ve fizyolojinin genetik kontrolünü anlamak için mükemmel bir modeldir. C. elegans, genomu tamamen dizilen ilk sabit hücreli organizmadır ve sabit sayıda 1031 hücreden oluşur. Sinir sistemine sahip en basit organizmalardan biridir. Organizma kemotaksiyi, termotaksiyi, mekanik transdüksiyonu, öğrenmeyi, belleği ve çiftleşme davranışını incelemek için kullanılır.

Danio rerio

D. rerio, erken gelişim sırasında hayvanın iç anatomisine eşsiz görsel erişim sağlayan neredeyse şeffaf gövdeli bir tatlı su balığıdır. Zebra balığı, omurgalı gelişimini ve spesifik gen fonksiyonunu incelemek için kullanılır. Rejeneratif yetenekleri özellikle sinyal yollarının rolleri için ilginçtir. D.Rerio’nun toksikoloji çalışmaları doğrudan memeli modellerine ve insanlara anlamlandırılabilir.

Drosophila melanogaster

Meyve sineği D. melanogaster, 20. yüzyılın başlarında doğadan laboratuvar hayvanına atlayan ilk model organizmalardan biridir. Sinek genetik, fizyoloji, mikrobiyal patogenez ve yaşam öyküsü evriminde biyolojik araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Thomas Hunt Morgan, D. melanogaster ve tüm bilinen mutantlarının kromozomlarını haritalama potansiyelini ilk fark eden kişi olmuştur. Bugün genetik olarak en iyi bilinen ökaryotik organizmadır. Transkripsiyon ve replikasyon gibi işlemlerin temelleri insanlar dahil diğer ökaryotlara anlamlandırılabilir. Genlerinin yaklaşık % 60’ı iki tür arasında korunur. Son zamanlarda, Drosophila, nörofarmakolojik araştırmalar için kullanılmaktadır.

Platynereis dumerilii

P. dumeril  istiridye deniz solucanı olarak bilinir. Solucan, milyonlarca yıl önce atalarıyla aynı ortamda yaşmış ve bu nedenle çoğu zaman yaşayan fosil olarak adlandırılan birçok atalara ait genlere, özelliklere sahiptir. Örneğin, en basit gözler olan göz lekesi adı verilen bir yapıya sahiptir. Bu evrimsel konservasyonlar nedeniyle P. dumerilii, filogenetik çalışmada baş model organizma olarak kullanılmaktadır. Genom büyüklüğü, bir hayvan için ortalama 109 baz çifti ile, diğer modellere kıyasla daha büyük ancak intron bakımından zengin ve bu nedenle insanlar gibi omurgalılara daha yakındır.

Xenopus laevis

Afrika pençeli kurbağası X. laevis, Sahra altı Afrika’nın çoğunda bulunan bir su kurbağası türüdür. Moleküler, gelişimsel ve hücre biyolojik çalışmalarına izin veren, büyük ve kolayca manipüle edilebilen bir embriyoya sahiptir. X. laevis, diğer model organizmalara kıyasla insanlarla yakın evrimsel ilişkiden faydalanır. Gen fonksiyonunun in vivo analizlerine ve yüksek verimli biyokimya çalışmasına izin veren tek omurgalı model sistemidir. Ek olarak, kurbağanın büyük oositleri, iyon taşınımı ve kanal fizyolojisi çalışmaları için bir anahtar taşıdır.