title: Modelorganisme
text: Modelorganismen zijn soorten die in wetenschappelijk onderzoek gebruikt worden om biologische eigenschappen en mechanismen te bestuderen. Ze spelen een belangrijke rol in genetisch, ontwikkelingsbiologisch en biomedisch onderzoek. Doordat de fundamentele eigenschappen van organismen in de evolutie vaak hetzelfde zijn gebleven, kan de studie van een enkele soort ons veel vertellen over de biologie van verwante organismen, inclusief de mens.
  
  Modelorganismen zijn vaak uitgekozen omdat ze specifieke eigenschappen hebben die de bestudering gemakkelijk maken, zoals een korte levenscyclus, handzame omvang of snelle opeenvolging van generaties. In sommige gevallen wordt een organisme uitgekozen omdat het in zijn genetica of fysiologie overeenkomt met de mens. Veel ziekteprocessen die geldig zijn in de mens, zijn uitstekend te verklaren en te modelleren in andere gewervelde dieren, zoals de zebravis Danio rerio of de muis Mus musculus.
  
  Vroege experimenten aan de bacterie E. coli wierpen licht op fundamentele moleculair-biologische processen die geldig zijn in alle levende cellen, zoals DNA-replicatie. Onderzoek aan de eencellige gist S. cerevisiae, die nog steeds gebruikt wordt als een modelorganisme voor eukaryotische celbiologie, heeft de moleculaire basis onthuld voor de processen die uniek zijn voor eukaryoten, zoals de celcyclus, signaalroutes en meiose. Van vrijwel alle modelorganismen is het genoom zeer goed bekend.
  
  Overzicht
  
  Belangrijke modelorganismen 
  Sommige soorten laten zich makkelijker lenen voor wetenschappelijk onderzoek dan andere. Zo zijn er planten en dieren die zich bijvoorbeeld snel in het laboratorium voortplanten, of zich gemakkelijk laten manipuleren met behulp van genetische technieken. Hoe meer kennis er over een bepaald organisme verzameld wordt, hoe aantrekkelijker dit organisme wordt voor verdere bestudering. In de loop van de geschiedenis hebben biologen zich om deze reden gefocust op een klein aantal uitgekozen soorten. De lijst van deze representatieve modelorganismen groeit nog steeds, maar er zijn een aantal die er historisch gezien uitspringen – deze soorten zijn van fundamenteel belang geweest voor de ontrafeling van de (moleculaire) biologie van levende wezens.
  
  Escherichia coli 
  
  In de vroege dagen van de moleculaire biologie werd veel onderzoek verricht aan de bacterie Escherichia coli, vaak kortweg E. coli genoemd. Deze algemeen voorkomende darmbacterie stelt niet veel eisen aan zijn omgeving en groeit snel in een simpel voedingsmedium. Uiteenlopende principes van moleculaire biologie – bijvoorbeeld hoe het DNA zich kopieert en hoe de DNA-code gelezen wordt om eiwitten te maken – werden oorspronkelijk ontdekt in experimenten met E. coli. Deze basale mechanismen zijn sterk geconserveerd gebleven in de evolutie, en gelden daarom ook voor complexere levensvormen, inclusief de mens.
  
  Verschillende bacteriële virussen (bacteriofagen) zijn binnen het wetenschappelijk onderzoek van groot belang geweest voor de opheldering van genoomstructuur en genregulatie. De bacteriofaag-λ en de bacteriofaag T4 konden, dankzij hun kleine en compacte genomen, relatief makkelijk genetisch onderzocht worden. Al snel werden hierdoor genen ontdekt die coderen voor de replicatie van het virale DNA. Zo kon het principe van DNA-replicatie opgehelderd worden. Bacteriën spelen nog steeds een cruciale rol als gastheerorganisme in de biotechnologie en microbiologie.
  
  Saccharomyces cerevisiae 
  
  Om de werking van de eukaryotische cel te onderzoeken, maken wetenschappers vaak gebruik van een kleine eencellige eukaryoot, de bakkersgist Saccharomyces cerevisiae. Deze soort wordt al duizenden jaren door de mens toegepast bij het brouwen van bier en het bereiden van brood. S. cerevisiae behoort tot het rijk van de schimmels, en lijkt qua genoom veel meer op dieren dan op planten. Net als andere schimmels heeft de gist een chitineuze celwand en beschikt over mitochondriën maar geen chloroplasten. 
  
  Het genoom van de gist S. cerevisiae is, voor eukaryotische maatstaven, uitzonderlijk klein, maar het volstaat voor alle basistaken die elke eukaryotische cel moet uitvoeren. Dankzij uitgebreid onderzoek aan gistcellen hebben wetenschappers mechanismen ontdekt die uniek zijn voor eukaryoten, zoals de celdelingscyclus (de processen waarbij de kern en alle andere componenten van een cel worden verdubbeld en verdeeld over de twee dochtercellen) en meiose (het proces waarbij de voortplantingscellen van een organisme worden gevormd). Ook zijn inzichten in de eukaryotische chromosoomstructuur, de organisatie van de kern, de mechanismen van eiwitsecretie en de werking van signaaltransductieroutes, grotendeels voortgekomen uit onderzoek aan gisten. De processen zijn zo fundamenteel dat ze vaak precies op dezelde manieren opgaan in menselijke cellen.
  
  Voorbeelden
  
  Eencelligen 
   Bacterie: Escherichia coli, Mycobacterium smegmatis
   Gist: Saccharomyces cerevisiae
   Amoebe: Dictyostelium discoideum
  
  Dieren 
   Fruitvlieg (Drosophila melanogaster)
   Rondworm (Caenorhabditis elegans)
   Muis (Mus musculus)
   Bruine rat (Rattus norvegicus)
   Kip (Gallus gallus)
   Klauwkikker (Xenopus laevis)
   Zebravis (Danio rerio)
   Zakpijp (Ascidians)
   Watervlo (Daphnia)
   Resusaap (Macaca mulatta)
  
  Planten 
   Zandraket (Arabidopsis thaliana)
  
   
  
  Genetica
  Bio-informatica
  Modelvorming
  Dierlijke ontwikkeling