cá ngựa vằn

Cá ngựa vằn, còn được gọi là cá sọc xanh, cá sọc và ngựa vằn daniorerio, có nguồn gốc từ Ấn Độ và Bangladesh.

2010-05-17 majifen 690

Sinh vật mẫu cá ngựa vằn

Sinh vật mẫu cá ngựa vằn

2010-05-17 majifen 943

Tiến bộ nghiên cứu về cá ngựa vằn như một sinh vật mẫu trong nguyên nhân gây bệnh ở người

2010-05-17 majifen 481

Zhongkehai mở đường dây nóng dịch vụ quốc gia 400!

Công ty đã mở đường dây nóng dịch vụ quốc gia 400!

Số điện thoại là: 400-680-1798

2010-06-07 majifen 474

Xenopus laevis: hoàng tử ếch trong số các sinh vật mẫu

Xenopus laevis: hoàng tử ếch trong số các sinh vật mẫu
□ Viết bởi Mao Bingyu

Cuối thế kỷ 19 đến nửa đầu thế kỷ 20 là thời kỳ vàng son cho sự phát triển của phôi học thực nghiệm. Người ta sử dụng nhiều phương pháp phẫu thuật phôi hoặc phương pháp vật lý và hóa học khác nhau để xử lý phôi động vật, đồng thời quan sát và phân tích các hiện tượng phát triển khác nhau của chúng. Các mô hình động vật phổ biến lúc bấy giờ bao gồm kỳ nhông, thằn lằn, ếch và nhím biển. Ví dụ, nhà phôi học nổi tiếng người Đức Spemann chủ yếu sử dụng kỳ nhông làm vật liệu thí nghiệm. Năm 1924, ông phát hiện ra rằng môi lưng phôi bào của loài kỳ nhông gastrula có khả năng cảm ứng rất mạnh. Nếu phần mô này được cấy vào phía bụng của phôi nhận, nó có thể tạo ra sự hình thành phôi thứ cấp hoàn chỉnh. Với khám phá quan trọng này, Spemann đã đoạt giải Nobel năm 1935.
Tuy nhiên, vào thời điểm đó, trứng đã thụ tinh và phôi dùng trong thí nghiệm đều được thu thập từ thiên nhiên. Việc thiếu nguyên liệu phôi đã hạn chế rất nhiều sự phát triển của nghiên cứu phôi. Các nhà nghiên cứu dành cả mùa xuân để tìm kiếm những con ếch hoặc sa giông hoang dã, thu thập trứng và phôi đã thụ tinh, tiến hành một thí nghiệm vội vàng và dành thời gian còn lại của năm để phân tích kết quả. Mãi cho đến khi Xenopus laevis xuất hiện vào những năm 1950, tình trạng đáng xấu hổ này mới được thay đổi và nó dần trở thành nhân vật chính trong nghiên cứu sinh học phát triển.

Xenopus Châu Phi đẹp trai

Cóc vuốt châu Phi là loài ếch tương đối nguyên thủy. Tên khoa học của nó là: Xenopus laevis. Tại sao nó có được tên của nó? Điều này không thể tách rời khỏi đặc điểm ngoại hình điển hình của nó."Xenopus" là tiếng Latin, có nghĩa là "bàn chân đặc biệt". Bàn chân sau của Xenopus phát triển tốt, có năm ngón chân và mạng lưới phát triển tốt. Trong đó, ba ngón chân trong có móng sừng hóa ở cuối nên có tên là Xenopus; "laevis" có nghĩa là "mịn màng", ám chỉ làn da mịn màng của nó. Ngoài ra, Xenopus Châu Phi phân bố rộng rãi ở khu vực phía Nam sa mạc Sahara ở Châu Phi nên còn có tên là Xenopus Châu Phi, tên gọi thông thường là Smooth Xenopus, African Slide Toad, v.v.
Chúng tôi thường gọi phòng thí nghiệm này là hoàng tử ếch. Trên thực tế, bề ngoài của nó có phần khác với những loài ếch điển hình và nó cũng khác với những loài cóc điển hình. Nó có chiều dài cơ thể từ 6 đến 13 cm, thân phẳng và hình dáng thon gọn; con đực nhỏ hơn, chỉ dài bằng nửa con cái; màu cơ thể từ xám đến đen; mỗi bên cơ thể có một sọc trắng, đường bên là hệ thống cảm giác có thể giúp chúng cảm nhận được tình hình dưới nước để tìm thức ăn hoặc trốn thoát khỏi kẻ thù tự nhiên.
Cóc móng vuốt châu Phi tuy sống hoàn toàn dưới nước nhưng nó sẽ “chết đuối” nếu không tiếp xúc với không khí trong thời gian dài vì nó chủ yếu dựa vào phổi đã phát triển để thở. Ngoài ra, dù cóc châu Phi được coi là hoàng tử nhưng vẻ ngoài ăn uống của nó thực sự không hề đẹp mắt. Bạn có thể thấy nó dùng chi trước để khuấy nước, khiến một số động vật nhỏ hoặc các chất hữu cơ khác phải chịu đựng. Nếu thức ăn quá lớn, nó dùng móng vuốt ở hai chi sau để xé thức ăn thành từng mảnh. Cách ăn bằng cả bốn chi cùng nhau khiến người ta phải bật cười khi nghĩ đến.
Cóc vuốt châu Phi sẵn sàng giao phối khi chúng được khoảng một tuổi. Cóc đực thường bày tỏ tình cảm với cóc cái từ đầu mùa xuân đến cuối mùa hè.Nhưng những lời yêu thương của nó không được thốt ra qua túi thanh quản, bởi vì hoàng tử của chúng ta không có cơ quan phát âm chung như loài động vật này. Nó có thủ thuật độc đáo của riêng mình. Khi thích người khác giới, nó sẽ dùng sức co cơ họng về phía người khác giới, để cóc cái nghe được “những lời ngọt ngào” của cóc đực. Cóc cái sẽ kêu nhanh nếu chúng đồng ý giao phối và kêu chậm nếu không đồng ý. Hành vi này cực kỳ hiếm gặp trong thế giới động vật. Sau con đực và con cái, quá trình đẻ trứng vui vẻ trở thành trách nhiệm của con cóc cái, chúng có thể đẻ hàng trăm quả trứng cùng một lúc và bám chặt vào thực vật hoặc bờ biển. Trứng được thụ tinh nở thành nòng nọc rồi biến thái thành ếch con. Quá trình này mất từ ​​6 đến 8 tuần. Xenopus laevis có thể tồn tại khoảng 15 năm trong điều kiện phòng thí nghiệm và một số có thể sống tới 20 năm. Tuy nhiên, nó thường chết vì nghiên cứu khoa học của con người khi nó vẫn còn ở thời kỳ sơ khai.
Điều thú vị là ở quê hương của hoàng tử - Châu Phi, người ta cũng có thói quen "thả thính". Khi ao cạn nước vào mùa hè, cóc vuốt châu Phi sẽ đào một cái hố trong bùn và ẩn náu trong đó, ngủ yên cho đến mùa mưa.

Biến đổi từ ếch thành hoàng tử

Loài này được nhà tự nhiên học người Pháp Dudin mô tả lần đầu tiên vào năm 1802, dựa trên mẫu vật được bảo quản tại Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên ở Paris. Để vinh danh ông, tên loài ếch có móng châu Phi thường được ghi bằng tên của ông. Sau đó, nghiên cứu sâu hơn đã được tiến hành về giải phẫu và phân loại của nó.Trong thời kỳ này, các nhà nghiên cứu về Xenopus chủ yếu là các nhà nghiên cứu đến từ các bảo tàng và vườn thú ở London, Anh và các mẫu vật sử dụng trong nghiên cứu đều được nhập khẩu từ Châu Phi. Sau những năm 1930, một số phòng thí nghiệm ở Châu Âu và Bắc Mỹ bắt đầu tự nhân giống Xenopus Châu Phi. Tại sao lại thế này? Hóa ra trong thời kỳ này, Xenopus đã được sử dụng rộng rãi trong các bệnh viện để chẩn đoán thai kỳ sớm và nhu cầu về Xenopus của người dân tăng lên rất nhiều. Điều này chủ yếu là do nhà sinh vật học người Anh, Giáo sư Hogburn.
Hogben chuyên về nội tiết so sánh và đã nghiên cứu sự điều chỉnh màu da ở ếch bằng phương pháp cắt bỏ tuyến yên và chiết xuất tuyến yên ngoại sinh. Từ năm 1927 đến năm 1930, Giáo sư Hogben làm việc tại Đại học Cape Town ở Nam Phi và cố gắng tiến hành các thí nghiệm của mình với loài Xenopus laevis địa phương. Trong thời gian này, ông phát hiện ra rằng việc tiêm chất chiết xuất từ ​​tuyến yên trước của gia súc vào con cái Xenopus laevis sẽ gây ra sự rụng trứng. Năm 1930, Giáo sư Hogburn trở lại Anh và cũng nhập khẩu một lô Xenopus laevis và cất giữ chúng dưới tầng hầm phòng thí nghiệm của ông. Ông tiếp tục tiến hành nghiên cứu về sinh lý sinh sản và tối ưu hóa các điều kiện chiết xuất tuyến yên để kích thích rụng trứng ở Xenopus laevis. Năm 1934, tạp chí “Nature” đăng cùng lúc hai bài báo của họ và một phòng thí nghiệm khác ở Nam Phi, mô tả chi tiết phương pháp sử dụng Xenopus để phát hiện có thai sớm, đó là tiêm nước tiểu của phụ nữ mang thai (có hoạt chất là gonadotropin màng đệm) có thể khiến Xenopus rụng trứng. Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện và được sử dụng rộng rãi trong các xét nghiệm thử thai tại các bệnh viện. Nhiều bệnh viện đã bắt đầu nuôi ếch vuốt châu Phi.Do mục đích sử dụng này, Xenopus laevis cũng được xuất khẩu đến nhiều nơi trên thế giới từ vùng đông nam châu Phi bản địa của nó trong thời kỳ này, và các nhóm nhân giống Xenopus laevis đã được thành lập ở Châu Âu, Hoa Kỳ và những nơi khác. Phải đến những năm 1960, phương pháp này mới được thay thế bằng phương pháp miễn dịch.
Thử thai cho thấy rằng sự rụng trứng ở Xenopus laevis có thể được tạo ra bất cứ lúc nào, bất kể mùa nào, bằng cách tiêm hormone. Phát hiện này giống như cơn mưa sau một đợt hạn hán kéo dài đối với các nhà phôi học đang gặp rắc rối với vật liệu này. Trứng và phôi Xenopus có kích thước lớn, đường kính lên tới 1,4 mm, thuận tiện cho việc nghiên cứu phôi thực nghiệm như vi tiêm, cắt phôi và cấy ghép. Ngoài ra, Xenopus laevis rất hung dữ và dễ nuôi. Từ những năm 1950, Xenopus laevis dần trở thành động vật mẫu cho nghiên cứu sinh học phát triển. Nhà sinh vật học phát triển người Hà Lan Neukup đã có những đóng góp quan trọng trong việc phổ biến mô hình này. Tập bản đồ phát triển và các tiêu chuẩn phân giai đoạn cho Xenopus laevis do ông và Farber xuất bản năm 1956 vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay. Sau sự phát triển của sinh học phân tử vào những năm 1980, nghiên cứu về sinh học phát triển dựa nhiều hơn vào động vật mẫu. Các nhà nghiên cứu phải thống nhất các mô hình động vật để chuẩn hóa các phương pháp nghiên cứu và thuốc thử, đồng thời làm cho kết quả nghiên cứu dễ dàng tóm tắt và chia sẻ hơn. Trong thời kỳ này, chắc chắn Xenopus laevis vẫn là mô hình thống trị cho việc nghiên cứu sinh học phát triển ở các loài lưỡng cư.

Những hành động anh hùng khác nhau của hoàng tử

Nghiên cứu về Xenopus laevis đã có những đóng góp quan trọng cho sự hiểu biết của chúng ta về cơ chế phát triển của động vật có xương sống.Mặc dù Spemann đã phát hiện ra chất tổ chức vào năm 1924 nhưng không có bước đột phá nào được thực hiện trong việc nghiên cứu cơ chế phân tử hoạt động của chất tổ chức trong một thời gian dài. Mãi đến giữa những năm 1980, giáo sư Schreck và Smith ở Anh mới phát hiện ra yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi và hoạt chất có khả năng cảm ứng. Vật liệu phôi họ sử dụng là Xenopus laevis. Mãi đến những năm 1990, người ta mới tìm ra vai trò thực sự của các phân tử trong tổ chức: chất ức chế tín hiệu BMP và chất ức chế tín hiệu Wnt. Chuỗi công việc này cũng được thực hiện bằng cách sử dụng Xenopus laevis làm mẫu. Phôi Xenopus cũng đã du hành vào vũ trụ nhiều lần trên tàu vũ trụ để nghiên cứu sự phát triển của phôi trong điều kiện vi trọng lực.
Năm 1997, sự ra đời của cừu nhân bản Dolly đã gây chấn động thế giới. Ông là động vật có vú nhân bản đầu tiên trên thế giới. Trên thực tế, lần nhân bản động vật thành công đầu tiên là ở Xenopus laevis. Năm 1962, Gordon, nhà sinh vật học tại Đại học Oxford ở Vương quốc Anh, đã tiến hành một loạt thí nghiệm chuyển hạt nhân bằng Xenopus laevis. Mục đích chính lúc đó là nghiên cứu khả năng phát triển của nhân phôi ở các giai đoạn phát triển khác nhau. Đầu tiên, ông chiếu xạ tế bào trứng Xenopus laevis bằng tia cực tím để phá hủy nhân của chúng, sau đó lấy nhân của tế bào biểu mô ruột, tế bào gan, tế bào thận, v.v. từ nòng nọc Xenopus laevis và cấy chúng vào tế bào trứng đã được xử lý ở trên. Một số lượng nhỏ trứng sẽ bắt đầu phân chia và phát triển đến một giai đoạn nhất định. Sử dụng tế bào biểu mô ruột nòng nọc làm nhà tài trợ hạt nhân, Gordon đã thu được thành công một số lượng nhỏ nòng nọc thông qua chuyển nhân nối tiếp, một số trong số đó đã phát triển thành công thành Xenopus laevis trưởng thành.Đây có thể là động vật nhân bản đầu tiên trên thế giới. Kết quả này đã gây sốc cho cộng đồng khoa học, chứng minh đầy đủ tính toàn năng của nhân tế bào và mở ra kỷ nguyên nhân bản động vật.
Chúng ta phải thừa nhận rằng Xenopus là bạn thân của Gordon. Vào đầu những năm 1970, Giáo sư Gordon đã phát hiện ra rằng việc tiêm RNA thông tin hemoglobin ngoại sinh vào tế bào trứng Xenopus có thể biểu hiện hemoglobin trong tế bào trứng. Kể từ đó, hệ thống biểu hiện tế bào trứng đã đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu sinh học tế bào. Ví dụ, việc sử dụng tế bào trứng Xenopus laevis để biểu hiện kênh ion ngoại sinh hoặc các gen thụ thể khác hiện là phương pháp quan trọng trong nghiên cứu cấu trúc và chức năng của kênh ion hoặc thụ thể và đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu cấu trúc, chức năng và tác dụng dược lý của kênh ion và thụ thể dẫn truyền thần kinh.
Tế bào trứng Xenopus thực sự là vật liệu tuyệt vời cho các thí nghiệm sinh học. Ngoài việc xây dựng hệ thống biểu hiện tế bào trứng, chúng còn thường được sử dụng trong nghiên cứu về sự phân chia tế bào và điều hòa chu kỳ tế bào. Ngay từ năm 1971, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên phát hiện ở ếch báo có một chất trong tế bào trứng trưởng thành. Tiêm chất này vào tế bào trứng chưa trưởng thành sẽ đẩy nhanh quá trình phân bào và trưởng thành của chúng. Vì vậy họ gọi chất này là “yếu tố thúc đẩy trưởng thành” (MPF). Kết quả này sau đó đã được xác nhận ở Xenopus laevis. Kể từ đó, Xenopus laevis đã trở thành tài liệu quan trọng cho các nghiên cứu liên quan. Người ta phát hiện ra rằng MPF không chỉ có thể thúc đẩy quá trình phân bào của tế bào trứng mà còn thúc đẩy quá trình nguyên phân của các tế bào soma bình thường.Điều thú vị hơn là hoạt động của MPF trong tế bào trứng thay đổi theo chu kỳ tế bào. Nó hoạt động mạnh nhất trước khi tế bào trứng trải qua quá trình phân bào; và khi tế bào trứng phân chia thì hoạt động của MPF cũng biến mất. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã thử tinh chế MPF từ trứng Xenopus laevis chưa được thụ tinh. Tuy nhiên, do quá trình kiểm tra hoạt động của MPF rất cồng kềnh và cực kỳ không ổn định nên công việc này không diễn ra suôn sẻ. Mãi đến năm 1988, MPF mới được tinh chế và phát hiện bao gồm hai protein, một là cyclin (một loại protein được biểu hiện định kỳ trong quá trình phân chia tế bào) và một là protein kinase phụ thuộc cyclin. Đây là một bước đột phá lớn trong nghiên cứu về điều hòa chu kỳ tế bào, giúp thúc đẩy đáng kể việc nghiên cứu chu trình tế bào. Cho đến ngày nay, hệ thống tế bào trứng Xenopus laevis vẫn là vật liệu quan trọng cho nghiên cứu chu trình tế bào.

Người thân của hoàng tử

Mặc dù Xenopus laevis có nhiều ưu điểm khi làm mô hình động vật nhưng nó cũng mắc phải nhược điểm nghiêm trọng là khó tiến hành các nghiên cứu di truyền. Điều này chủ yếu là do vòng đời dài của nó, mất một năm từ khi thụ tinh đến khi ếch trưởng thành và sinh sản. Đồng thời, Xenopus laevis là một allotetraploid, có bốn bản sao của hầu hết các gen, gây khó khăn cho việc tiến hành các xét nghiệm đột biến gen. Trong những năm gần đây, một loài khác có liên quan đến ếch có móng châu Phi là Xenopus tropicalis đã bắt đầu lọt vào tầm nhìn của con người. So với Xenopus châu Phi, Xenopus tropicalis nhỏ hơn, chu kỳ thế hệ ngắn hơn (khoảng 4 tháng) và là loài lưỡng bội nên thích hợp hơn cho các thí nghiệm di truyền.Nó cũng có những lợi thế nghiên cứu phôi học thực nghiệm của Xenopus, chẳng hạn như sinh sản do hormone gây ra và sản xuất trứng lớn. Đường kính trứng của Xenopus laevis là khoảng 0,6-0,7 mm, đủ cho các thí nghiệm vi thao tác. Các phương pháp thử nghiệm được thiết lập ở Xenopus laevis có thể được áp dụng trực tiếp cho Xenopus tropicalis. Hiện nay, việc giải trình tự bộ gen của Xenopus tropicalis đã cơ bản hoàn thành và được kỳ vọng sẽ trở thành mô hình quan trọng cho nghiên cứu di truyền phát triển. Tuy nhiên, trứng và phôi Xenopus Châu Phi có kích thước lớn và cơ động hơn nên vẫn không thể thay thế được bởi Xenopus nhiệt đới.
Bên ngoài phòng thí nghiệm còn có chủng Xenopus laevis bạch tạng - loài "Ếch vàng", trưởng thành màu vàng và mắt đỏ. Người ta coi nó là biểu tượng của sự giàu có và hòa bình, dần dần nó trở thành thú cưng mà người ta không thể bỏ vào bể cá. ■

Về tác giả
Mao Bingyu là nhà nghiên cứu tại Viện Động vật học Côn Minh, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đồng thời là lãnh đạo Nhóm khoa học trẻ Max Planck Trung-Đức. Nghiên cứu của ông tập trung vào cơ chế phân tử của sự phát triển hệ thần kinh của động vật có xương sống.

(Chủ biên: Sang Tân Hoa Xã)

[Chú thích ảnh]
Tác phẩm Xenopus laevis được Dudin mô tả (1802) mô tả chính xác đôi mắt và các đường bên của Xenopus, nhưng không vẽ các móng vuốt và màng đặc trưng của các chi sau của nó.
Nòng nọc hai đầu được sản xuất trong điều kiện thí nghiệm
Phôi Xenopus laevis (phóng đại 20 lần)
Xenopus châu Phi bạch tạng

2010-05-17 majifen 865