Modellorganismus
1. Definition
2. Voraussetzungen
Ein Modellorganismus sollte möglichst folgende Anforderungen erfüllen:
- kurze Generationszeit
- leichte und kostengünstige Haltung
- Genom komplett entschlüsselt
- Möglichkeit zur Genommanipulation
3. Prinzip
Heutzutage steht eine ganze Reihe von Modellorganismen zur Verfügung. Die Entscheidung, welcher Modellorganismus am ehesten für die beabsichtigte Forschung geeignet ist, hängt maßgeblich von der Fragestellung ab. Zytologische (zellbiologische) Forschungsarbeiten können am günstigsten an einzelligen Lebewesen vollzogen werden, während entwicklungsbiologische Themen eher an mehrzelligen Organismen nachvollzogen werden können. Geht es um die immunologische Erforschung, so sind komplexe Wirbeltiere – häufig Mäuse – am besten geeignet, da sich erst bei diesen höheren Wirbeltieren ein komplexes Immunsystem ausgebildet hat. Die Pharmakologie bedient sich ebenfalls sehr häufig den Modellorganismen. Hierbei soll versucht werden, die Erkenntnisse bei den Tieren auf den menschlichen Organismus zu übertragen. Ähnliches gilt für deren Einsatz im Bereich der Gentechnologie und der Molekularbiologie.
4. Beispiele für Modellorganismen
4.1. Bakterien
Prominentestes Beispiel ist hier das im menschlichen Darm physiologischerweise vorkommende gramnegative Bakterium Escherichia coli, sowie das grampositive Bakterium Bacillus subtilis. Beide Bakterienstämme können pathogen sein, für die biotechnologische und medizinische Forschung werden jedoch für gewöhnlich nicht-pathogene Stämme genutzt.
4.2. Pflanzen
- Die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) war die erste Pflanze, deren Genom Ende der 1990er Jahre komplett entschlüsselt wurde. Aus diesem Grund ist sie bis heute Gegenstand von intensiver entwicklungsbiologischer, zellbiologischer und molekularbiologischer Forschung.
- Physcomitrella patens, eine Laubmoosart, ist aufgrund ihres sehr kurzen Lebenszyklus und der vergleichsweise einfachen Organisation ein wichtiger Modellorganismus für die Forschung auf dem Gebiet der Pflanzenevolution. Aber auch in der molekularbiologischen Forschung wird es eingesetzt.
4.3. Pilze
- Der wichtigste Vertreter aus dem Reich der Pilze ist die Schimmelpilzart Neurospora crassa. Dieser Schimmelpilz ist Teil der Schlauchpilzgruppe. Er ist maßgeblich an der Entwicklung der Ein-Gen-ein-Enzym-Hypothese verantwortlich.
- Der Hefepilz Saccharomyces cerevisiae ist ein häufig für zellbiologische Untersuchungen genutzter Modellorganismus.
4.4. Tiere
- Einer der wichtigsten Modellorganismen im Bereich der klassischen Genetik ist die Taufliege Drosophila melanogaster. Die entscheidenden Vorteile hier sind die sehr kurze Generationszeit, die enorm hohe Nachkommenzahl und die sehr übersichtliche Anzahl von 4 Chromosomenpaaren.
- Caenorhabditis elegans - ein Fadenwurm – ist entwicklungsbiologisch von großem Interesse. Er war der erste vielzellige Organismus, dessen Genom 1998 vollständig entschlüsselt wurde.
- Der Krallenfrosch Xenopus laevis ist der wichtigste Modellorganismus für die embryologische Forschung.
- Das Haushuhn dient der verhaltensbiologischen, immunologischen und virologischen Forschung als Modellorganismus.
- Maus und Ratte dienen in großem Umfang der gentechnischen und pharmakologischen, sowie der klinischen Forschung.
- Der Axolotl ist aufgrund seiner Fähigkeit, komplette Gliedmaßen neu zu bilden, ein Modellorganismus der Regenerationsmedizin.