När skänkte du senast en tacksamhetens tanke till ogräset backtrav, bananflugan, zebrafisken eller rundmasken C. elegans? De är megakändisar i forskningslabben och har gjort mänskligheten enorma tjänster – men utanför forskarvärlden är de doldisar eller rentav irritationsmoment.
Möt forskningens osynliga hjältar: modellorganismerna.
Användningen av levande organismer i forskningen förändras hela tiden – det vittnar även vårt språk om. ”Försökskanin” är fortfarande ett begrepp, ”guinea pig” används i samma betydelse i engelskan, fast det var länge sedan kaniner och marsvin var typiska försöksdjur.
Idag utgör de några promille av de djur som används. Modernare symboler för forskningens djurmodeller är musen och råttan – men faktum är att även råttans betydelse har minskat kraftigt.
– 1993 gick musen om råttan som det vanligaste försöksdjuret i Sverige och sedan har skillnaden bara ökat, berättar Cecilia Bornestaf, handläggare på Jordbruksverket. Idag är det nästan tio gånger vanligare med möss än råttor i forskningen.
Två tredjedelar av de försöksdjur som används i Sverige är möss, om vi utgår från EU:s definition av försöksdjur. Det finns alltså goda skäl till att den vita labbmusen blivit den allmänna bilden av en djurmodell idag. Men den skymmer en rad andra arter som också blivit oerhört viktiga modeller i forskningen: doldisar som det oansenliga ogräset backtrav, zebrafisken, bananflugan, jästsvampen, bakterien E. coli och rundmasken C. elegans.
Enorma resurser satsas världen över på forskning om dessa arter – inte för att de i sig skulle vara intressantare än andra organismer, utan för att de är tacksamma att forska på och att kunskapen sedan kan överföras till andra arter. Forskningen med modellorganismer kan gälla allt från grundläggande utvecklings- och cellbiologi till att förstå vad sjukdomar beror på och utveckla nya behandlingar.
– Zebrafisken används exempelvis mycket för forskning om embryonalutveckling, jästcellen är en bra modell för hur celler med cellkärna fungerar och backtraven kan avslöja mekanismer i viktiga grödor och trädarter, berättar Magnus Rosenquist, docent vid Sveriges Lantbruksuniversitet och förbundsdirektör för Sveriges Veterinärförbund.
Bra biologi – och slump
Bakgrunden till att en viss art blir en viktig modellorganism är ofta en blandning av bra biologiska förutsättningar och mer slumpartade omständigheter, konstaterar han. Ett viktigt skäl till att klogrodan slog igenom som djurmodell i mitten av 1900-talet var till exempel att den redan var allmänt tillgänglig i laboratorier världen över, eftersom levande klogrodor då användes som graviditetstest.
Groda användes som graviditetstest
På 1930-talet upptäckte forskare att urin från gravida kvinnor kunde få grodhonor att lägga ägg i tusentals. Under den tidiga graviditeten börjar hormonet gonadotropin utsöndras i blod och urin för att hindra att fostret stöts bort. Detta hormon visade sig även ha förmågan att få den afrikanska klogrodan Xenopus laevis att inom ett dygn börja lägga ägg. Om den gjorde det var alltså kvinnan sannolikt gravid.
– Goda egenskaper som de flesta modellorganismer har gemensamt är att de är tåliga och enkla att hantera, tar litet utrymme, har korta generationsväxlingar och ger riklig avkomma, säger Magnus Rosenquist. Att de har en relativt liten arvsmassa har också varit en stor fördel, men är inte lika avgörande idag på grund av nya, snabbare tekniker för dna-analys.
Generna kartlagda först
Flera av de viktiga modellorganismerna var bland de första att sekvenseras när genteknikutvecklingen tog fart på 1990-talet. Allra först med att få hela sitt dna kartlagt var jäst (1996), den första flercelliga organismen blev masken C. elegans (1998) och den första växten backtrav (2000).
Andra fördelar är mer artspecifika. Zebrafisken är genomskinlig som yngel, vilket gör det enkelt att studera hur dess organ bildas och utvecklas. Masken C. elegans är så liten att varje enskild cell i den är dokumenterad.
– En vuxen C. elegans har, beroende på kön, exakt 959 eller 1031 celler, säger Magnus Rosenquist. Det gör det möjligt att följa utvecklingen väldigt detaljerat, att märka celler och se vilken cell som utvecklas till vilken funktion.
Det finns också en självförstärkande effekt som gör att en modellorganism blir mer attraktiv ju mer den har använts. Kunskap, verktyg och infrastrukturer byggs upp successivt och gör modellen alltmer lättjobbad.
Som bananflugorna som Katarina Ejeskär, professor vid Högskolan i Skövde, använder i sin forskning om cancerformen neuroblastom. Bananflugor har använts i forskningen i mer än hundra år.
Bananflugan klassisk
– Ja, det är verkligen en klassisk modellorganism, säger hon. För mig som forskare är det en enorm fördel – flugan är redan noga kartlagd, det finns redan fiffiga lösningar på de flesta problem man ställs inför samt tusentals olika stammar av flugan att beställa på nätet.
Bananflugans egenskaper som art är också utmärkta. Varje hona kan lägga flera hundra ägg, en generation tar tio dagar och de några millimeter stora flugorna bor i enkla plaströr. Men hur kan bananflugan ge kunskap om mänsklig cancer?
– Grundläggande mekanismer i cellen – som celldelning – har bevarats genom evolutionen och är rätt lika i insekter och däggdjur, säger Katarina Ejeskär. Jag har bland annat använt flugan för att studera funktionen av ett protein som vi hittat i mänskliga tumörceller – till sådant är bananflugan idealisk. Men det skulle inte gå att till exempel gå direkt från behandlingsstudie på bananfluga till test på människa.
Fem Nobelpris till bananflugan
- Det första Nobelpriset där bananflugan spelade en central roll gick till Thomas Morgan 1933, för hans upptäckt att arvsanlagen är lokaliserade i kromosomerna.
- Ett drygt decennium senare fick hans lärjunge Hermann Muller Nobelpriset för upptäckten att röntgenstrålning framkallar mutationer och att dessa kan gå i arv.
- 1995 belönades Christiane Nüsslein-Volhard, Edward Lewis och Eric Wieschaus för att de identifierat en samling gener som styr den tidiga utvecklingen i ett embryo, en upptäckt gjord i bananfluga, men giltig även för människa.
- År 2011 gick Nobelpriset till upptäckter om det medfödda immunförsvaret, gjorda av Jules Hoffmann (som delade priset med Bruce Beutler och Ralph Steinman).
- 2017 fick Jeffrey Hall, Michael Rosbash och Michael Young priset för upptäckten av bananflugans molekylära mekanismer för dygnsrytm – principer som sedan visat sig fungera likadant i bland annat människa.
Hur betydelsefulla är modellerna då? Ett sätt att avgöra det är att använda Nobelprisen som måttstock. En förkrossande majoritet av alla Nobelpris i medicin bygger på experiment med modellorganismer:
Musen dominerar även här, men andra viktiga modeller har också skrivit in sig i Nobelhistorien. Bananflugan har bland annat hjälpt oss att förstå kromosomernas funktion och delar av immunsystemet (Nobelpriset 1933 och 2011), medan rundmasken bland annat lett till upptäckter om organutveckling och programmerad celldöd samt RNA-interferens (Nobelpris 2002 och 2006).
En upptäckt i jäst som handlade om cellers återvinningstationer, autofagi, fick nobelprisades 2016. Åtminstone en växtmodell har också lett till Nobelpris i medicin. Det var 1983, före backtravens tid, och gällde majs.
Zebrafisken, däremot, väntar på sitt Nobelpris – och det kanske kommer. Den randiga fisken är relativt nytillkommen som modellorganism och har under de senaste decennierna snabbt vuxit i betydelse. Idag utmanar den råttan om platsen som näst vanligaste modell bland ryggradsdjuren.
Men det är också tänkbart att framtida Nobelpris går till modellorganismer som ännu är doldisar. Mångfalden på området håller på att bli större, alternativen fler, förklarar Magnus Rosenquist.
– Idag finns säkert ett par hundra organismer som är extremt välstuderade och användbara som modeller, säger han. Den tekniska utvecklingen inom sekvensering och genteknik har gjort det enklare att välja en lite udda modell, som passar ens forskningsfrågor bättre.
Text: Anders Nilsson, på uppdrag av forskning.se
(Den första versionen av artikeln skrevs 2014, och har sedan uppdaterats, senast 2022-12-05.)
