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Escherichia coli es unorganismo modelo procariota gramnegativo
Drosophila melanogaster , uno de los sujetos más famosos paraexperimentos genéticos
Saccharomyces cerevisiae , uno de losorganismos modelo eucariotas más estudiadosen biología molecular y celular.

Un organismo modelo (a menudo abreviado como modelo ) es una especie no humana que se estudia extensamente para comprender fenómenos biológicos particulares , con la expectativa de que los descubrimientos realizados en el organismo modelo proporcionen información sobre el funcionamiento de otros organismos. [1] Los organismos modelo se utilizan ampliamente para investigar enfermedades humanas cuando la experimentación humana sería inviable o poco ética . [2] Esta estrategia es posible gracias a la descendencia común de todos los organismos vivos y a la conservación de los procesos metabólicos y de desarrollo.vías y material genético a lo largo de la evolución . [3] [ página necesaria ]

El estudio de organismos modelo puede ser informativo, pero se debe tener cuidado al generalizar de un organismo a otro. [4] [ página necesaria ]

Al investigar las enfermedades humanas , los organismos modelo permiten comprender mejor el proceso de la enfermedad sin el riesgo adicional de dañar a un ser humano real. La especie elegida normalmente cumplirá una determinada equivalencia taxonómica [ aclaración necesaria ] para los humanos, para reaccionar a la enfermedad o su tratamiento de una manera que se asemeje a la fisiología humana según sea necesario. Aunque la actividad biológica en un organismo modelo no asegura un efecto en humanos, muchos medicamentos, tratamientos y curas para enfermedades humanas se desarrollan en parte con la guía de modelos animales. [5] [6]Hay tres tipos principales de modelos de enfermedades: homólogos, isomórficos y predictivos. Los animales homólogos tienen las mismas causas, síntomas y opciones de tratamiento que los humanos que tienen la misma enfermedad. Los animales isomorfos comparten los mismos síntomas y tratamientos. Los modelos predictivos son similares a una enfermedad humana en particular en solo un par de aspectos, pero son útiles para aislar y hacer predicciones sobre los mecanismos de un conjunto de características de la enfermedad. [7]

Historia [ editar ]

El uso de animales en la investigación se remonta a la antigua Grecia , con Aristóteles (384–322 a. C.) y Erasistratus (304-258 a. C.) entre los primeros en realizar experimentos con animales vivos. [8] Los descubrimientos en los siglos XVIII y XIX incluyeron el uso de Antoine Lavoisier de un conejillo de indias en un calorímetro para demostrar que la respiración era una forma de combustión, y la demostración de Louis Pasteur de la teoría de los gérmenes de la enfermedad en la década de 1880 usando ántrax. en ovejas.

La investigación que utiliza modelos animales ha sido fundamental para muchos de los logros de la medicina moderna. [9] [10] [11] Ha contribuido con la mayor parte del conocimiento básico en campos como la fisiología humana y la bioquímica , y ha jugado un papel importante en campos como la neurociencia y las enfermedades infecciosas . [12] [13] Por ejemplo, los resultados han incluido la casi erradicación de la poliomielitis y el desarrollo del trasplante de órganos , y han beneficiado tanto a los seres humanos como a los animales. [9] [14] De 1910 a 1927, el trabajo de Thomas Hunt Morgan con la mosca de la frutaDrosophila melanogaster identificó a los cromosomas como el vector de herencia de genes. [15] [16] Drosophila se convirtió en uno de los primeros organismos modelo, y durante algún tiempo el más utilizado, [17] y Eric Kandel escribió que los descubrimientos de Morgan "ayudaron a transformar la biología en una ciencia experimental". [18] D. melanogaster sigue siendo uno de los organismos modelo eucariotas más utilizados. Durante el mismo período de tiempo, estudios sobre genética de ratones en el laboratorio de William Ernest Castle en colaboración con Abbie Lathropcondujo a la generación de la cepa de ratón endogámico DBA ("diluido, marrón y no agutí") ya la generación sistemática de otras cepas endogámicas. [19] [20] Desde entonces, el ratón se ha utilizado ampliamente como organismo modelo y está asociado con muchos descubrimientos biológicos importantes de los siglos XX y XXI. [21]

A finales del siglo XIX, Emil von Behring aisló la toxina diftérica y demostró sus efectos en cobayas. Continuó desarrollando una antitoxina contra la difteria en animales y luego en humanos, lo que resultó en los métodos modernos de inmunización y terminó en gran medida con la difteria como una enfermedad amenazante. [22] La antitoxina diftérica se conmemora en la famosa carrera Iditarod, que sigue el modelo de la administración de antitoxina en el suero de 1925 en Nome . El éxito de los estudios con animales en la producción de la antitoxina diftérica también se ha atribuido como una causa del declive de la oposición de principios del siglo XX a la investigación con animales en los Estados Unidos. [23]

La investigación posterior en organismos modelo condujo a nuevos avances médicos, como la investigación de Frederick Banting en perros, que determinó que los aislados de secreción pancreática podrían usarse para tratar perros con diabetes . Esto condujo al descubrimiento de la insulina en 1922 (con John Macleod ) [24] y su uso en el tratamiento de la diabetes, que anteriormente había significado la muerte. [25] La investigación de John Cade en conejillos de indias descubrió las propiedades anticonvulsivas de las sales de litio, [26] que revolucionaron el tratamiento del trastorno bipolar , reemplazando los tratamientos anteriores de lobotomía o terapia electroconvulsiva. Anestésicos generales modernos, comohalotano y compuestos relacionados, también se desarrollaron a través de estudios en organismos modelo, y son necesarios para operaciones quirúrgicas modernas y complejas. [27] [28]

En la década de 1940, Jonas Salk utilizó estudios con monos rhesus para aislar las formas más virulentas del virus de la polio , [29] lo que llevó a la creación de una vacuna contra la polio . La vacuna, que se puso a disposición del público en 1955, redujo 15 veces la incidencia de poliomielitis en los Estados Unidos durante los siguientes cinco años. [30] Albert Sabin mejoró la vacuna pasando el virus de la poliomielitis a través de huéspedes animales, incluidos los monos; la vacuna Sabin se produjo para el consumo masivo en 1963 y prácticamente había erradicado la poliomielitis en los Estados Unidos en 1965. [31]Se ha estimado que desarrollar y producir las vacunas requirió el uso de 100.000 monos rhesus, con 65 dosis de vacuna producidas de cada mono. Sabin escribió en 1992: "Sin el uso de animales y seres humanos, habría sido imposible adquirir el conocimiento importante necesario para evitar mucho sufrimiento y muerte prematura no solo entre los humanos, sino también entre los animales". [32]

Otros avances médicos y tratamientos del siglo XX que se basaron en la investigación realizada en animales incluyen técnicas de trasplante de órganos , [33] [34] [35] [36] la máquina corazón-pulmón, [37] antibióticos , [38] [39] [ 40] y la vacuna contra la tos ferina . [41] También se han desarrollado tratamientos para enfermedades animales, incluso para la rabia , [42] ántrax , [42] muermo , [42] virus de inmunodeficiencia felina (VIF), [43] tuberculosis , [42]Fiebre del ganado de Texas, [42] peste porcina clásica (cólera porcina), [42] gusano del corazón y otras infecciones parasitarias . [44] La experimentación con animales sigue siendo necesaria para la investigación biomédica, [45] y se utiliza con el objetivo de resolver problemas médicos como la enfermedad de Alzheimer, [46] SIDA, [47] [48] [49] esclerosis múltiple, [50 ] lesión de la médula espinal, muchos dolores de cabeza, [51] y otras afecciones en las que no se dispone de un sistema modelo in vitro útil .

Selección [ editar ]

Los modelos son aquellos organismos con una gran cantidad de datos biológicos que los hacen atractivos para estudiarlos como ejemplos para otras especies y / o fenómenos naturales que son más difíciles de estudiar directamente. La investigación continua de estos organismos se centra en una amplia variedad de técnicas experimentales y objetivos de muchos niveles diferentes de la biología, desde la ecología , el comportamiento y la biomecánica , hasta la pequeña escala funcional de tejidos , orgánulos y proteínas individuales . Las consultas sobre el ADN de los organismos se clasifican como modelos genéticos (con tiempos de generación cortos, como la mosca de la fruta y el nematodogusano), modelos experimentales y modelos de parsimonia genómica , investigando la posición fundamental en el árbol evolutivo. [52] Históricamente, los organismos modelo incluyen un puñado de especies con datos extensos de investigación genómica, como los organismos modelo de los NIH. [53]

A menudo, los organismos modelo se eligen sobre la base de que son susceptibles de manipulación experimental. Esto generalmente incluirá características tales como un ciclo de vida corto , técnicas de manipulación genética ( cepas puras , líneas de células madre y métodos de transformación ) y requisitos de vida no especializados. A veces, la disposición del genoma facilita la secuenciación del genoma del organismo modelo, por ejemplo, al ser muy compacto o tener una baja proporción de ADN basura (por ejemplo , levadura , arabidopsis o pez globo ).

Cuando los investigadores buscan un organismo para usar en sus estudios, buscan varios rasgos. Entre estos se encuentran el tamaño, el tiempo de generación , la accesibilidad, la manipulación, la genética, la conservación de mecanismos y el beneficio económico potencial. A medida que la biología molecular comparada se ha vuelto más común, algunos investigadores han buscado organismos modelo de una variedad más amplia de linajes en el árbol de la vida .

Filogenia y parentesco genético [ editar ]

La razón principal para el uso de organismos modelo en la investigación es el principio evolutivo de que todos los organismos comparten algún grado de parentesco y similitud genética debido a un ancestro común . El estudio de los parientes humanos taxonómicos, entonces, puede proporcionar una gran cantidad de información sobre el mecanismo y la enfermedad dentro del cuerpo humano que puede ser útil en medicina.

Se han construido varios árboles filogenéticos para vertebrados utilizando proteómica , genética y genómica comparativas , así como el registro geoquímico y fósil. [54] Estas estimaciones nos dicen que los humanos y los chimpancés compartieron por última vez un ancestro común hace unos 6 millones de años (mya). Como nuestros parientes más cercanos, los chimpancés tienen mucho potencial para informarnos sobre los mecanismos de la enfermedad (y qué genes pueden ser responsables de la inteligencia humana). Sin embargo, los chimpancés rara vez se utilizan en la investigación y están protegidos de procedimientos altamente invasivos. Los roedores son los modelos animales más comunes. Los árboles filogenéticos estiman que los humanos y los roedores compartieron por última vez un ancestro común ~ 80-100 millones de años. [55] [56]A pesar de esta distante división, los humanos y los roedores tienen muchas más similitudes que diferencias. Esto se debe a la relativa estabilidad de grandes porciones del genoma, lo que hace que el uso de animales vertebrados sea particularmente productivo.

Los datos genómicos se utilizan para hacer comparaciones estrechas entre especies y determinar su parentesco. Como seres humanos, compartimos alrededor del 99% de nuestro genoma con los chimpancés [57] [58] (98,7% con los bonobos) [59] y más del 90% con el ratón. [56] Con tanto del genoma conservado en todas las especies, es relativamente impresionante que las diferencias entre humanos y ratones puedan explicarse en aproximadamente seis mil genes (de ~ 30.000 en total). Los científicos han podido aprovechar estas similitudes para generar modelos experimentales y predictivos de enfermedades humanas.

Utilice [ editar ]

Hay muchos organismos modelo. Uno de los primeros sistemas modelo para la biología molecular fue la bacteria Escherichia coli , un componente común del sistema digestivo humano. Varios de los virus bacterianos ( bacteriófagos ) que infectan a E. coli también han sido muy útiles para el estudio de la estructura y la regulación de los genes (por ejemplo, los fagos Lambda y T4 ). Sin embargo, se debate si los bacteriófagos deben clasificarse como organismos, porque carecen de metabolismo y dependen de las funciones de las células huésped para su propagación. [60]

En eucariotas , varias levaduras, particularmente Saccharomyces cerevisiae ( levadura "de panadería" o "en ciernes"), se han utilizado ampliamente en genética y biología celular , en gran parte porque son rápidas y fáciles de cultivar. El ciclo celular en una levadura simple es muy similar al ciclo celular en humanos y está regulado por proteínas homólogas . La mosca de la fruta Drosophila melanogaster se estudia, nuevamente, porque es fácil de cultivar para un animal, tiene varios rasgos congénitos visibles y tiene un cromosoma politeno (gigante) en sus glándulas salivales que se puede examinar con un microscopio óptico. LaLa lombriz intestinal Caenorhabditis elegans se estudia porque tiene patrones de desarrollo muy definidos que involucran un número fijo de células, y puede analizarse rápidamente para detectar anomalías.

Modelos de enfermedad [ editar ]

Artículo principal: modelo de enfermedad animal

Los modelos animales que sirven en la investigación pueden tener una enfermedad o lesión existente, endogámica o inducida que es similar a una condición humana. Estas condiciones de prueba a menudo se denominan modelos animales de enfermedad . El uso de modelos animales permite a los investigadores investigar estados de enfermedad de formas que serían inaccesibles en un paciente humano, realizando procedimientos en el animal no humano que implican un nivel de daño que no se consideraría ético infligir a un humano.

Los mejores modelos de enfermedad son similares en etiología (mecanismo de causa) y fenotipo (signos y síntomas) al equivalente humano. Sin embargo, las enfermedades humanas complejas a menudo se pueden comprender mejor en un sistema simplificado en el que se aíslan y examinan partes individuales del proceso de la enfermedad. Por ejemplo, los análogos conductuales de la ansiedad o el dolor en animales de laboratorio se pueden usar para detectar y probar nuevos medicamentos para el tratamiento de estas afecciones en humanos. Un estudio de 2000 encontró que los modelos animales concordaban (coincidían en verdaderos positivos y falsos negativos) con la toxicidad humana en el 71% de los casos, con el 63% para los no roedores solos y el 43% para los roedores solos. [61]

En 1987, Davidson et al. sugirió que la selección de un modelo animal para la investigación se base en nueve consideraciones. Estos incluyen "1) idoneidad como análogo, 2) transferibilidad de la información, 3) uniformidad genética de los organismos, cuando corresponda, 4) conocimiento previo de las propiedades biológicas, 5) costo y disponibilidad, 6) generalización de los resultados, 7) facilidad de y adaptabilidad a la manipulación experimental, 8) consecuencias ecológicas y 9) implicaciones éticas ". [62]

Los modelos animales se pueden clasificar en homólogos, isomórficos o predictivos. Los modelos animales también se pueden clasificar más ampliamente en cuatro categorías: 1) experimentales, 2) espontáneos, 3) negativos, 4) huérfanos. [63]

Los modelos experimentales son los más comunes. Estos se refieren a modelos de enfermedad que se asemejan a las condiciones humanas en fenotipo o respuesta al tratamiento, pero que se inducen artificialmente en el laboratorio. Algunos ejemplos incluyen:

  • El uso de metrazol (pentilenetetrazol) como modelo animal de epilepsia [64]
  • Inducción de lesión cerebral mecánica como modelo animal de epilepsia postraumática [65]
  • Inyección de la neurotoxina 6-hidroxidopamina a partes dopaminérgicas de los ganglios basales como modelo animal de la enfermedad de Parkinson . [66]
  • La inmunización con un auto antígeno para inducir una respuesta inmunitaria para modelar enfermedades autoinmunes tales como la encefalomielitis autoinmune experimental [67]
  • Oclusión de la arteria cerebral media como modelo animal de accidente cerebrovascular isquémico [68]
  • Inyección de sangre en los ganglios basales de ratones como modelo de accidente cerebrovascular hemorrágico [69] [70]
  • Inducción de sepsis y choque séptico al deteriorar la integridad de los tejidos de barrera, administrando patógenos vivos o toxinas [71]
  • Infección de animales con patógenos para reproducir enfermedades infecciosas humanas.
  • Inyectar a animales con agonistas o antagonistas de varios neurotransmisores para reproducir trastornos mentales humanos.
  • Usar radiación ionizante para causar tumores
  • Usar la transferencia de genes para causar tumores [72] [73]
  • Implantar animales con tumores para probar y desarrollar tratamientos con radiación ionizante.
  • Seleccionados genéticamente (como en ratones diabéticos , también conocidos como ratones NOD ) [74]
  • Varios modelos animales para el cribado de fármacos para el tratamiento del glaucoma.
  • El uso de la rata ovariectomizada en la investigación de la osteoporosis
  • Uso de Plasmodium yoelii como modelo de paludismo humano [75] [76] [77]

Los modelos espontáneos se refieren a enfermedades análogas a las condiciones humanas que ocurren naturalmente en el animal en estudio. Estos modelos son raros, pero informativos. Los modelos negativos se refieren esencialmente a animales de control, que son útiles para validar un resultado experimental. Los modelos huérfanos se refieren a enfermedades para las que no existe un análogo humano y ocurren exclusivamente en las especies estudiadas. [63]

El aumento en el conocimiento de los genomas de primates no humanos y otros mamíferos que están genéticamente cercanos a los humanos está permitiendo la producción de tejidos, órganos e incluso especies animales modificadas genéticamente que expresan enfermedades humanas, proporcionando un modelo más robusto de enfermedades humanas en un modelo animal.

Los modelos animales observados en las ciencias de la psicología y la sociología a menudo se denominan modelos animales de comportamiento . Es difícil construir un modelo animal que reproduzca a la perfección los síntomas de la depresión en los pacientes. La depresión, como otros trastornos mentales , consta de endofenotipos [78] que pueden reproducirse de forma independiente y evaluarse en animales. Un modelo animal ideal ofrece la oportunidad de comprender los factores moleculares , genéticos y epigenéticos que pueden conducir a la depresión. Mediante el uso de modelos animales, las alteraciones moleculares subyacentes y la relación causal entre la genéticao se pueden examinar las alteraciones ambientales y la depresión, lo que permitiría una mejor comprensión de la patología de la depresión. Además, los modelos animales de depresión son indispensables para identificar nuevas terapias para la depresión. [ cita requerida ]

Organismos modelo importantes [ editar ]

Ver también: Lista de organismos modelo

Los organismos modelo se extraen de los tres dominios de la vida, así como de los virus . El organismo modelo procariota más estudiado es Escherichia coli ( E. coli ), que se ha investigado intensamente durante más de 60 años. Es una bacteria intestinal gramnegativa común que se puede cultivar y cultivar de manera fácil y económica en un entorno de laboratorio. Es el organismo más utilizado en genética molecular y es una especie importante en los campos de la biotecnología y la microbiología , donde ha servido como organismo huésped para la mayoría de los trabajos con ADN recombinante.. [79]

Los eucariotas de modelo simple incluyen la levadura de panadería ( Saccharomyces cerevisiae ) y la levadura de fisión ( Schizosaccharomyces pombe ), las cuales comparten muchos caracteres con células superiores, incluidas las de los humanos. Por ejemplo, se han descubierto en la levadura muchos genes de división celular que son críticos para el desarrollo del cáncer . Chlamydomonas reinhardtii , un alga verde unicelular con una genética bien estudiada, se utiliza para estudiar la fotosíntesis y la motilidad . C. reinhardtiitiene muchos mutantes conocidos y mapeados y etiquetas de secuencia expresadas, y existen métodos avanzados para la transformación genética y la selección de genes. [80] Dictyostelium discoideum se utiliza en biología molecular y genética , y se estudia como un ejemplo de comunicación celular , diferenciación y muerte celular programada .

Ratones de laboratorio , ampliamente utilizados en la investigación médica.

Entre los invertebrados, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster es famosa por ser objeto de experimentos genéticos de Thomas Hunt Morgan y otros. Se crían fácilmente en el laboratorio, con generaciones rápidas, alta fecundidad , pocos cromosomas y mutaciones observables fácilmente inducidas. [81] El nematodo Caenorhabditis elegans se utiliza para comprender el control genético del desarrollo y la fisiología. Fue propuesto por primera vez como un modelo para el desarrollo neuronal por Sydney Brenner en 1963, y se ha utilizado ampliamente en muchos contextos diferentes desde entonces. [82] [83] C. elegansfue el primer organismo multicelular cuyo genoma fue completamente secuenciado y, a partir de 2012, el único organismo en tener su conectoma ("diagrama de cableado" neuronal) completado. [84] [85]

Arabidopsis thaliana es actualmente la planta modelo más popular. Su pequeña estatura y su corto tiempo de generación facilitan estudios genéticos rápidos, [86] y se han cartografiado muchos mutantes fenotípicos y bioquímicos. [86] A. thaliana fue la primera planta en tener su genoma secuenciado . [86]

Entre los vertebrados , Robert Koch y otros bacteriólogos tempranos utilizaron los conejillos de indias ( Cavia porcellus ) como hospedadores de infecciones bacterianas, convirtiéndose en sinónimo de "animal de laboratorio", pero se utilizan con menos frecuencia en la actualidad. El vertebrado modelo clásico es actualmente el ratón ( Mus musculus ). Existen muchas cepas endogámicas, así como líneas seleccionadas por rasgos particulares, a menudo de interés médico, por ejemplo, tamaño corporal, obesidad, musculatura y comportamiento voluntario de marcha de ruedas . [87] La rata ( Rattus norvegicus) es particularmente útil como modelo de toxicología, y como modelo neurológico y fuente de cultivos de células primarias, debido al mayor tamaño de los órganos y estructuras suborganelares en relación con el ratón, mientras que los huevos y embriones de Xenopus tropicalis y Xenopus laevis (rana de garras africanas ) se utilizan en biología del desarrollo, biología celular, toxicología y neurociencia. [88] [89] Asimismo, el pez cebra ( Danio rerio ) tiene un cuerpo casi transparente durante el desarrollo temprano, lo que proporciona un acceso visual único a la anatomía interna del animal durante este período de tiempo. El pez cebra se utiliza para estudiar el desarrollo, la toxicología y la toxicopatología, [90] función genética específica y roles de las vías de señalización.

Otros organismos modelo importantes y algunos de sus usos incluyen: fago T4 (infección viral), Tetrahymena thermophila (procesos intracelulares), maíz ( transposones ), hidras ( regeneración y morfogénesis ), [91] gatos (neurofisiología), pollos (desarrollo), perros (sistemas respiratorio y cardiovascular), Nothobranchius furzeri (envejecimiento), [92] y primates no humanos como el macaco rhesus y el chimpancé ( hepatitis , VIH, Enfermedad de Parkinson , cognición y vacunas ).

Organismos modelo seleccionados [ editar ]

Los organismos a continuación se han convertido en organismos modelo porque facilitan el estudio de ciertos caracteres o debido a su accesibilidad genética. Por ejemplo, E. coli fue uno de los primeros organismos para los que se desarrollaron técnicas genéticas como la transformación o la manipulación genética .

Se han secuenciado los genomas de todas las especies modelo , incluidos sus genomas mitocondriales / de cloroplasto . Las bases de datos de organismos modelo existen para proporcionar a los investigadores un portal desde el cual descargar secuencias (ADN, ARN o proteína) o acceder a información funcional sobre genes específicos, por ejemplo, la localización subcelular del producto génico o su función fisiológica.

Organismo modeloNombre comúnClasificación informalUso (ejemplos)
VirusPhi X 174Virusevolución [93]
ProcariotaEscherichia coliBacteriasgenética bacteriana, metabolismo
Eucariota, unicelularDictyostelium discoideumAmeba
Saccharomyces cerevisiaeLevadura de cerveza
Levadura de panadería		Levaduradivisión celular, orgánulos, etc.
Schizosaccharomyces pombeLevadura de fisiónLevaduraciclo celular, citocinesis, biología cromosómica, telómeros, metabolismo del ADN, organización del citoesqueleto, aplicaciones industriales [94] [95]
Chlamydomonas reinhardtiiAlgas
Tetrahymena thermophilaCiliate
Emiliania huxleyiPlancton
PlantaArabidopsis thalianaThale berroPlanta floreciendo
Physcomitrella patensEsparcir musgo de tierraMusgo
Animal, no vertebradoCaenorhabditis elegansGusanodiferenciación, desarrollo
Drosophila melanogasterMosca de la frutaInsectobiología del desarrollo, enfermedad degenerativa del cerebro humano [96] [97]
Callosobruchus maculatusGorgojo del caupíInsectoBiología del desarrollo
Animal, vertebradoDanio rerioPez cebraPescadodesarrollo embriónico
Fundulus heteroclitusMummichogPescado
Nothobranchius furzeriKillifish turquesaPescadoenvejecimiento, enfermedad, evolución
Oryzias latipesPescado de arroz japonésPescado
Anolis carolinensisCarolina anoleReptilbiología de reptiles, evolución
Mus musculusRatón domésticoMamíferomodelo de enfermedad para humanos
Gallus gallusAves de la jungla rojaPájarodesarrollo embriológico y organogénesis
Taeniopygia guttataPinzón cebraPájaroaprendizaje vocal, neurobiología [98]
Xenopus laevis
Xenopus tropicalis [99]		Rana de garras africana Rana de
garras occidental		Anfibiodesarrollo embriónico

Limitaciones [ editar ]

Muchos modelos animales que sirven como sujetos de prueba en la investigación biomédica, como ratas y ratones, pueden ser selectivamente sedentarios , obesos e intolerantes a la glucosa . Esto puede confundir su uso para modelar procesos y enfermedades metabólicos humanos, ya que estos pueden verse afectados por la ingesta energética de la dieta y el ejercicio . [100] De manera similar, existen diferencias entre los sistemas inmunitarios de los organismos modelo y los humanos que conducen a respuestas significativamente alteradas a los estímulos, [101] [102] [103] [104] aunque los principios subyacentes de la función del genoma pueden ser los mismos. [104]Los entornos empobrecidos dentro de las jaulas de laboratorio estándar niegan a los animales de investigación los desafíos mentales y físicos que son necesarios para un desarrollo emocional saludable. [105] Sin variedad, riesgos y recompensas del día a día, y entornos complejos, algunos han argumentado que los modelos animales son modelos irrelevantes de la experiencia humana. [106]

Los ratones se diferencian de los humanos en varias propiedades inmunológicas: los ratones son más resistentes a algunas toxinas que los humanos; tienen una menor fracción de neutrófilos totales en la sangre , una menor capacidad enzimática de los neutrófilos , menor actividad del sistema del complemento y un conjunto diferente de pentraxinas involucradas en el proceso inflamatorio ; y carecen de genes para componentes importantes del sistema inmunológico, como IL-8 , IL-37 , TLR10 , ICAM-3 , etc. [107] Ratones de laboratorio criados en organismos libres de patógenos específicos.(SPF) por lo general tienen un sistema inmunológico bastante inmaduro con un déficit de células T de memoria . Estos ratones pueden tener una diversidad limitada de la microbiota , lo que afecta directamente al sistema inmunológico y al desarrollo de condiciones patológicas. Además, las infecciones víricas persistentes (por ejemplo, los virus del herpes ) se activan en humanos, pero no en ratones SPF , con complicaciones sépticas y pueden cambiar la resistencia a las coinfecciones bacterianas . Los ratones "sucios" posiblemente sean más adecuados para imitar patologías humanas. Además, las cepas de ratones endogámicos se utilizan en la inmensa mayoría de los estudios, mientras que la población humanaes heterogéneo, lo que apunta a la importancia de los estudios en ratones híbridos, exógamas y no lineales entre cepas . [108]

Sesgo involuntario [ editar ]

Algunos estudios sugieren que los datos publicados inadecuados en las pruebas con animales pueden resultar en una investigación irreproducible, con detalles faltantes sobre cómo se realizan los experimentos omitidos en los artículos publicados o diferencias en las pruebas que pueden introducir sesgos. Ejemplos de sesgo oculto incluyen un estudio de 2014 de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, que sugiere que los ratones manipulados por hombres en lugar de mujeres mostraron niveles de estrés más altos. [109] [110] [111] Otro estudio en 2016 sugirió que los microbiomas intestinales en ratones pueden tener un impacto en la investigación científica. [112]

Alternativas [ editar ]

Las preocupaciones éticas, así como el costo, el mantenimiento y la relativa ineficacia de la investigación con animales, han fomentado el desarrollo de métodos alternativos para el estudio de enfermedades. El cultivo celular, o los estudios in vitro , brindan una alternativa que preserva la fisiología de la célula viva, pero no requiere el sacrificio de un animal para estudios mecanicistas. Las células madre pluripotentes inducibles humanas también pueden dilucidar nuevos mecanismos para comprender el cáncer y la regeneración celular. Los estudios de imágenes (como resonancias magnéticas o PET) permiten el estudio no invasivo de sujetos humanos. Los avances recientes en genética y genómica pueden identificar genes asociados a enfermedades, que pueden ser el objetivo de terapias.

Muchos investigadores biomédicos sostienen que no hay sustituto para un organismo vivo cuando se estudian interacciones complejas en patología o tratamientos de enfermedades. [113] [114]

Ética [ editar ]

El debate sobre el uso ético de los animales en la investigación se remonta al menos a 1822, cuando el Parlamento británico, bajo la presión de intelectuales británicos e indios, promulgó la primera ley de protección animal que previene la crueldad hacia el ganado. [115] A esto le siguió la Ley de crueldad hacia los animales de 1835 y 1849, que tipificaba como delito el maltrato, la conducción excesiva y la tortura de animales. En 1876, bajo la presión de la Sociedad Nacional Antivivisección, la Ley de Crueldad con los Animales fue enmendada para incluir regulaciones que rigen el uso de animales en la investigación. Esta nueva ley estipuló que 1) los experimentos deben probarse como absolutamente necesarios para la instrucción, o para salvar o prolongar la vida humana; 2) los animales deben estar debidamente anestesiados; y 3) los animales deben ser sacrificados tan pronto como termine el experimento. En la actualidad, estos tres principios son fundamentales para las leyes y directrices que rigen el uso de animales y la investigación. En los Estados Unidos, la Ley de Bienestar Animal de 1970 (ver también la Ley de Bienestar Animal de Laboratorio ) estableció estándares para el uso y cuidado de los animales en la investigación. Esta ley es aplicada por el programa Animal Care de APHIS. [116]

En entornos académicos en los que los fondos de los NIH se utilizan para la investigación con animales, las instituciones se rigen por la Oficina de Bienestar de los Animales de Laboratorio de los NIH (OLAW). En cada sitio, las pautas y estándares de OLAW son respaldados por una junta de revisión local llamada Comité Institucional de Uso y Cuidado de Animales (IACUC). Todos los experimentos de laboratorio que involucran animales vivos son revisados ​​y aprobados por este comité. Además de demostrar el potencial de beneficio para la salud humana, la minimización del dolor y la angustia y la eutanasia oportuna y humana, los experimentadores deben justificar sus protocolos basados ​​en los principios de Reemplazo, Reducción y Refinamiento. [117]

"Reemplazo" se refiere a los esfuerzos para incorporar alternativas al uso de animales. Esto incluye el uso de modelos informáticos, células y tejidos no vivos y la sustitución de animales de "orden superior" (primates y mamíferos) por animales de orden "inferior" (por ejemplo, animales de sangre fría, invertebrados, bacterias) siempre que sea posible. [118]

"Reducción" se refiere a los esfuerzos para minimizar el número de animales utilizados durante el curso de un experimento, así como a la prevención de la replicación innecesaria de experimentos anteriores. Para satisfacer este requisito, se emplean cálculos matemáticos de potencia estadística para determinar el número mínimo de animales que se pueden utilizar para obtener un resultado experimental estadísticamente significativo.

"Refinamiento" se refiere a los esfuerzos para hacer que el diseño experimental sea lo más indoloro y eficaz posible con el fin de minimizar el sufrimiento de cada sujeto animal.

Ver también [ editar ]

  • Animales en el espacio
  • Pruebas en animales
  • Ensayos con animales en invertebrados
  • Ensayos con animales en roedores
  • Modelo celular (numérico), por ejemplo, Mycoplasma genitalium .
  • Ensembl base de datos del genoma de organismos modelo
  • Base de datos genérica de organismos modelo
  • Proyecto genoma
  • Historia de la experimentación con animales
  • Historia de los organismos modelo
  • Modelos de ratón de metástasis de cáncer de mama
  • Modelos de ratón de cáncer colorrectal e intestinal
  • RefSeq - la base de datos de la secuencia de referencia

Referencias [ editar ]

  1. ^ Fields S , Johnston M (marzo de 2005). "Biología celular. ¿Adónde la investigación del organismo modelo?" . Ciencia . 307 (5717): 1885–6. doi : 10.1126 / science.1108872 . PMID  15790833 . S2CID  82519062 .
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  3. ^ Fox, Michael Allen (1986). El caso de la experimentación animal: una perspectiva evolutiva y ética . Berkeley y Los Ángeles, California: University of California Press. ISBN 978-0-520-05501-8. OCLC  11754940 : a través de Google Books.
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Lectura adicional [ editar ]

  • Marx, Vivien (29 de mayo de 2014). "Modelos: estirando las habilidades de líneas celulares y ratones" . Característica tecnológica. Métodos de la naturaleza (artículo "Colección de reimpresiones de la naturaleza, características tecnológicas" (noviembre de 2014)). 11 (6): 617-20. doi : 10.1038 / nmeth.2966 . PMID  24874573 . S2CID  11798233 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Descripción de los organismos modelo de Wellcome Trust
  • Modelos de Vertebrados del Programa de Medicina Comparativa de los Institutos Nacionales de Salud
  • Los NIH utilizan organismos modelo para estudiar enfermedades humanas
  • Política de intercambio de organismos modelo de los Institutos Nacionales de Salud
  • ¿Por qué se utilizan animales en la investigación de los NIH?
  • El futuro de la biología celular: organismos modelo emergentes
  • Modelos animales de enfermedad - BSRC Alexander Fleming
  • Emice - Instituto Nacional del Cáncer
  • Reproducibilidad: use biobancos de ratón o piérdalos
  • Proyecto Knock Out Mouse - KOMP
  • Programa de Biología del Ratón
  • Centros de investigación y recursos para ratones mutantes, institutos nacionales de salud, repositorio de ratones compatible
  • Centro de Investigación y Recursos para Ratas - Institutos Nacionales de Salud , repositorio de ratas apoyado
  • Reproducción y rigor de la investigación de organismos modelo de los NIH