Caenorhabditis elegans — modelni organizem v genetiki in razvoju
Caenorhabditis elegans — izjemen modelni organizem v genetiki in razvoju: 1 mm nematoda, ključna za razumevanje genov, rasti, diferenciacije in programirane celične smrti.
Caenorhabditis elegans je vrsta gliste ali nematode. Pomembna je, ker je bilo opravljenih veliko raziskav o njeni genetiki in razvoju, zaradi česar je eden najbolj raziskanih modelnih organizmov v biologiji.
Morfologija in življenjski cikel
C. elegans je dolgo približno 1 mm, ima prozorno telo in preprosto anatomijo (faringealni sistem, črevo, reproduktivni organi), kar omogoča opazovanje celic z mikroskopom v živo. Črvi niso paraziti, ampak živijo prosto v tleh in detritusu ter se hranijo z bakterijami, v laboratoriju pa jih običajno gojimo na agar ploščah z bakterijsko prehrano (npr. izolati E. coli). Odrasli hermafrodit je dolg okoli 1 mm in ima točno določen številski sestav somatskih celic — pri hermafroditu je to običajno 959 somatskih celic, pri samcu pa več (vrste se razlikujejo glede na spol). Nervni sistem hermafrodita vsebuje približno 302 nevrona, katerih povezave so bile v veliki meri kartirane (connectome).
C. elegans ima dve obliki spola: samice-hermafroditi in samce. Hermafrodit med zadnjo larvalno stopnjo tvori spermije, nato pa kot odrasel tvori jajčne celice v smislu, da se lahko samoprašuje in rodi potomce brez partnerja. Hermafrodit torej proizvaja spermije v fazi ličinke, nato pa jajčne celice v odrasli fazi; samec pa tvori le spermije in je običajno nekoliko manjši od hermafrodita. V naravnih populacijah je delež samcev nizek (običajno okoli 0,1 %), vendar se lahko poveča pri stresnih pogojih ali ob križanju.
Razvoj, genom in laboratorijska uporaba
Velike prednosti C. elegans kot modelnega organizma, ki se uporablja za preučevanje razvoja in vedenja živali, so kratka generacijska doba, enostavnost vzdrževanja v laboratorijih, prozornost telesa in stalna (invarantna) linija razvoja celic, ki je bila podrobno določena. Embriogeneza poteka hitro — pri temperaturi 25 ºC je razvoj od oploditve do izvalitve približno 14 ur, pri nižjih temperaturah pa dlje; tipična generacijska doba pri 20 ºC je približno 3 dni, življenjska doba odraslih pa nekaj tednov.
C. elegans je prvi večcelični organizem, za katerega so znanstveniki uspeli določiti zaporedje celotnega genoma (objava končnega sestava in analiza sta bila opravili v poznih 90. letih). Zaradi znanega genoma, dostopnosti mutacij, možnosti za transfekcijo in uporabe tehnik, kot sta RNAi in fluorescentni markerji (npr. GFP), je primeren za genske in molekularne študije.
Prispevki k znanosti in nagrade
Študijo s C. elegans je leta 1965 začel Sydney Brenner, ki je priznal potencial te vrste za genetiko razvoja in nevrobiologijo. Njegovo delo je omogočilo nadaljnje raziskave, saj jih je v laboratorijih enostavno ohranjati in reproducirati. Znani so priložnosti za enostavno pripravo mutacij, izolacijo fenotipov ter opazovanje razvoja posameznih celic od zarodka do odraslega organizma.
Leta 2002 so Nobelovo nagrado za medicino prejeli Sydney Brenner, Robert Horvitz in John Sulston za svoje delo o tem, kako geni C. elegans povzročajo rast in smrt nekaterih celic. Njihove ugotovitve o programirani celični smrti (apoptozi) in genih, ki to urejajo (npr. ced-geni), so imele velik vpliv na razumevanje razvoja in bolezni pri višjih organizmih.
Glavna raziskovalna področja
- Razvojna biologija — kompletna sled razvoja celic (celična linija) in mehanizmi določanja usode celic.
- Nevrobiologija — razumevanje osnovnih nevralnih omrežij in vedenja, zaradi preprostega in dobro opisanega živčnega sistema.
- Genetika in molekularna biologija — funkcionalna analiza genov, mutageneza, transgenoze in odkrivanje konzerviranih poti.
- Apoptoza in celična smrt — ključna odkritja o genih, ki regulirajo programirano smrt celic.
- Staranje in metabolizem — študije življenjske dobe, kalorijske omejitve in signalnih poti, ki vplivajo na starenje.
- RNAi in genomika — C. elegans je bil model za odkritje RNA interferenčnega mehanizma, ki je še danes pomemben eksperimentalni pristop.
Zaradi teh lastnosti C. elegans ostaja ena izmed najbolj uporabljenih vrst v bioloških raziskavah, kar je privedlo do številnih odkritij, ki so pomembna tudi za razumevanje človeka in drugih živali.
Okrogla črv
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Caenorhabditis elegans?
O: Caenorhabditis elegans je vrsta okroglega črva ali nematode.
V: Zakaj je C. elegans pomemben?
O: C. elegans je pomemben, ker je bilo opravljenih veliko raziskav o njegovi genetiki in razvoju, zaradi česar je postal modelni organizem, ki se uporablja za preučevanje razvoja in vedenja živali. Bil je tudi prvi večcelični organizem, za katerega so znanstveniki uspeli določiti zaporedje celotnega genoma.
V: Kako veliki so črvi C. elegans?
O: Črvi C. elegans so dolgi približno 1 mm.
V: Ali so zajedavci?
O: Ne, so prosto živeči organizmi, ki živijo v zemlji in se hranijo z bakterijami.
V: Katere vrste spolov ima črv C. elegans?
O: C. elegans ima dve vrsti spola - hermafrodita in samca, pri čemer so samci nekoliko manjši od hermafroditov. Hermafroditi tvorijo spermije v fazi ličinke in jajčne celice v fazi odraslega organizma, medtem ko samci lahko tvorijo le spermije.
V: Kdo je začel preučevati C. elegans?
O: Študijo z uporabo C. elegans je leta 1965 začel Sydney Brenner, ki je pozneje leta 2002 skupaj z Robertom Horvitzem in Johnom Sulstonom prejel Nobelovo nagrado za medicino za svoje delo o tem, kako geni črva povzročajo njegovo rast in smrt nekaterih njegovih celic.
V: Zakaj so živali, kot je C. elegans, primerni organizmi za raziskave?
O: Živali, kot je C. elegans, ki ne rastejo dolgo in jih je lahko hraniti, so običajno dobri organizmi za raziskave, saj jih je mogoče zlahka ohranjati žive v laboratorijih pri 25 °C, kjer kot zarodek preživijo 14 ur.
Iskati