Biologické modely využívané v reprodukci

Magdalena Bartáková

Bachelor's thesis

Biological models used in reproductive biotechnology

Abstract:

Některé metody reprodukčních biotechnologií, jako jsou oplození in vitro, tvorba transgenních organismů, klonování a jiné laboratorní techniky, jsou závislé na dostupnosti plně dozrálých meioticky kompetentních oocytů. Jen takové oocyty jsou schopné dosáhnout metafáze II, být oplozeny a schopny korektního embryonálního vývoje. Každá samice má však takových oocytů v konkrétním čase jen omezené množství, často velmi malé. Zdrojem meioticky kompetentních oocytů ale mohou být i oocyty dosud nedozrálé, kterých na vaječnících najdeme mnoho. Jejich kultivací a zráním in vitro lze získat oocyty meioticky kompetentní a v dostatečném množství. Porozumění mechanismům a regulaci zrání nám může v tomto významně pomoci. Proto je zrání oocytů častým předmětem zkoumání v laboratořích. Pro vlastní studium meiotického zrání pak lze využívat celou řadu modelových organismů, z nichž každý má své výhody i nevýhody. Volba toho konkrétního závisí na povaze experimentu a jeho účelu. Cílem této práce bylo shrnout, jaké jsou nejčastěji využívané modely, postihnout pozitiva i negativa využití každého z nich, náročnost chovu modelového organismu. Z dalších vlastností jsou důležité délka zrání, dostupnost oocytů, náročnost in vitro kultivace, genetická příbuznost s člověkem a další. Zdrojem velkého množství oocytů při malých nákladech na chov a jejich zisk je například octomilka. Z hlediska zkoumání vlivu, koncentrací a lokalizace molekul regulujících meiotické zrání jsou velmi vhodné oocyty obojživelníků nebo ryb, protože jsou relativně velké a v případě ryb i průhledné. Pro případné uplatnění výsledků experimentů ve šlechtění a reprodukčních biotechnologiích hospodářských zvířat, je třeba ale dané pokusy vždy ověřovat také na savčích modelech, jako jsou myš domácí a prase. Využít lze ale i modely méně obvyklé, je-li k dispozici dostatečný počet takových oocytů. Z běžných savčích modelů je fyziologicky nejbližší člověku prase domácí, které je i vzhledem k dostupnosti prasečích oocytů vhodným modelem pro účely využití výsledků experimentu v humánní medicíně, konkrétně léčbě neplodnosti. Vzhledem k šíři problematiky biotechnogických metod, nejen v reprodukci, jsem se ve své práci zaměřila pouze na oocyt, jakožto obecně významný model při studiu regulace buněčného cyklu, a na v praxi nejčastěji využívané modelové organismy. Oocyt je vhodným modelem pro výzkum signálních drah buněčného cyklu pro své relativně velké rozměry a množství proteinů, které jsou tak dostupné v dostatečném množství pro potřeby biochemických studií. Zároveň je to buňka, se kterou se v laboratorních podmínkách poměrně dobře manipuluje.

Abstract:

Some reproductive biotechnology methods such as in vitro fertilization, creation of transgenic organisms, cloning and other laboratory techniques, are dependent on the availability of a fully matured meiotic competent oocytes. Just such oocytes are able to reach metaphase II, and able to be fertilized of correct embryonic development. However, each female has a limited number of oocytes in specific time, often very small. Also immature oocytes, there are many in ovaries, can be the source of meiotic competent oocytes. By their cultivation and maturation in vitro can be obtained meiotic competence oocyte in sufficient quantities. The understanding of mechanisms and regulation of maturing can help significantly. This is the reason why oocyte maturation is a frequent laboratory research subject. The in vitro maturation itself can be used for studing of variety organisms models, each of which has its advantages and disadvantages. The choise of the most specific model depends on the nature of the experiment and its purpose. The aim of this bachelor thesis is to summarize what are the most commonly used models, capture the pros and cons of each use, and intensity of model organism breeding. From other attributes are important e.g. the maturation period, oocytes availability, intensity of the in vitro culture, the genetic affinities with a man, and others. A drosophila is for instance the source of large quantities of oocytes at low cost for breeding and their profit. From the viewpoint of the influence investigation, concentration and localization molecules that regulate meiotic maturation are very suitable oocytes of a amphibianor fish, because they are relatively large and in the case of fish even transparent. For the possible application of the results in breeding experiments and livestock reproduction biotechnology, given attempts always need to be verified on mammalian models, such as mouse and domestic pig. You can also use less common models, if there is a sufficient number of such oocytes. Domestic pig is physiologically the closest to a man among current mammalian models, which is also due to the availability of porcine oocytes, an appropriate model for the purpose of utilizing the results of an experiment in human medicine, namely for the infertility treatment. Given the breadth of biotechnogical methods issues, not only in reproduction, my work focuses solely on the oocyte, as a major general model in the study of cell cycle regulation, and the most commonly used organism models in practice. The oocyte is a suitable model for studying of cell cycle signaling pathways, because of its relatively large size and number of proteins, which are available in sufficient quantities for the purpose of biochemical studies. It is also the cell which is relatively well handled in laboratory conditions.

Keywords

biologické modely, danio, drápatka, myš, octomilka, oogeneze, prase, reprodukční biotechnologie

Keywords

African Clawed Frog, biotechnology models, fruit fly, mouse, oogenesis, pig, reproductive biotechnology, zebrafish

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 4. 2016

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Mgr. Markéta Sedmíková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Animal Science / Animal Science