Proč studovat C. elegans?

Co je C. elegans a proč ho vědci využívají ke studiu vývoje a nemocí člověka?

Tato otázka napadne většinu lidí, když se poprvé dozvědí, že vědci studují malého půdního hlísta, aby získali poznatky o vývoji a nemocech člověka. Je to rozumná otázka s velmi jednoduchou odpovědí: evoluční zachování funkce genů, jak je popsáno níže.

C. elegans

Foto: Erik Lundquist

C. elegans je malý půdní červ neboli hlístice a s člověkem má společného předka, který žil v prekambrické éře před 500-600 miliony let. Tento předek se označuje jako urbilaterální předek, protože je příbuzný všech bilaterálně symetrických mnohobuněčných organismů na planetě, včetně bezobratlých (hmyz, hlístice, mořští ježci) a obratlovců (savci, ryby, ptáci, plazi).

Většina genů a genetických mechanismů, které řídí vývoj moderních organismů, včetně těch, které se podílejí na vývoji a nemocech člověka, byla přítomna u předka urbilaterií a je společná stávajícím živočichům, včetně člověka a hlístic.

Evoluce je proces, při kterém se stávající genetické mechanismy zachovávají, ale mírně mění, což vede ke vzniku odlišných druhů. Jak se potomci urbilaterálního předka vyvíjeli, základní dráhy řídící vývoj byly obecně zachovány, ale mírně pozměněny u každého odlišného druhu tímto evolučním „šťouráním“.

Výsledkem je, že hlístice C. elegans mají neurony, kůži, střeva, svaly a další tkáně, které jsou tvarem, funkcí a genetikou velmi podobné lidským. Geny, které řídí vývoj a funkci těchto tkání, se „zachovaly“ od našeho společného předka. I když existují jasné a důležité rozdíly ve vývoji člověka a hlístic, vědci mohou studovat vývojové mechanismy u C. elegans, aby pochopili základní, klíčové mechanismy, které fungují i u člověka.

To je nesmírně důležité, protože mnoho vývojových a genetických experimentů je u člověka nemožných a u myší a jiných obratlovců jsou velmi časově a finančně náročné. C. elegans se snadno kultivují v laboratoři, mají krátkou (4denní) generační dobu a jsou vybaveny „sadou nástrojů“ genetických a molekulárních technik, pomocí nichž lze experimentálně zkoumat funkci genů ve vývoji.

Vzhledem k evolučnímu zachování funkce genů a experimentální schůdnosti představuje C. elegans ideální „modelový organismus“ pro studium základních genetických a molekulárních mechanismů vývoje a onemocnění člověka. Studie na C. elegans se týkají lidských onemocnění, jako je rakovina, neurodegenerace (např. Alzheimerova choroba), neurovývojová postižení a syndromy, svalové dystrofie a stárnutí, které samo o sobě není onemocněním, ale ovlivňuje ostatní zmíněné choroby. Genetické mechanismy důležité pro rakovinu (signalizace onkogenů Ras a Bcl), stárnutí (signalizace inzulínu) a vývoj nervového systému (signalizace UNC-6/Netrin) byly skutečně poprvé identifikovány pomocí C. elegans.

C. elegans s expresí zeleného fluorescenčního proteinu (gfp) v neuronech.