Warum C. elegans studieren?

Was ist C. elegans und warum nutzen Wissenschaftler ihn, um die menschliche Entwicklung und Krankheit zu untersuchen?

Diese Frage kommt den meisten Menschen in den Sinn, wenn sie zum ersten Mal erfahren, dass Wissenschaftler einen kleinen Bodennematoden untersuchen, um Erkenntnisse über die menschliche Entwicklung und Krankheit zu gewinnen. Es ist eine berechtigte Frage mit einer sehr einfachen Antwort: evolutionäre Erhaltung der Genfunktion, wie unten beschrieben.

C. elegans

Foto von Erik Lundquist

C. elegans ist ein kleiner Bodenwurm oder Nematode, der einen gemeinsamen Vorfahren mit dem Menschen hat, der in der präkambrischen Ära vor 500-600 Millionen Jahren lebte. Dieser Vorfahre wird als urbilateraler Vorfahre bezeichnet, da er mit allen bilateral symmetrischen, vielzelligen Organismen auf der Erde verwandt ist, einschließlich der Wirbellosen (Insekten, Fadenwürmer, Seeigel) und der Wirbeltiere (Säugetiere, Fische, Vögel, Reptilien).

Die meisten Gene und genetischen Mechanismen, die die Entwicklung moderner Organismen steuern, einschließlich derer, die an der Entwicklung des Menschen und an Krankheiten beteiligt sind, waren bereits bei den Vorfahren der Urtiere vorhanden und werden von den heutigen Tieren, einschließlich der Menschen und der Fadenwürmer, geteilt.

Die Evolution ist ein Prozess, bei dem bestehende genetische Mechanismen erhalten bleiben, aber geringfügig verändert werden, so dass unterschiedliche Arten entstehen. Im Laufe der Evolution der Nachkommen des urbilateralen Vorfahren wurden die Kernwege, die die Entwicklung steuern, im Allgemeinen beibehalten, aber in jeder einzelnen Art durch diese evolutionäre „Bastelei“ leicht verändert.

Infolgedessen haben die C. elegans-Nematoden Neuronen, Haut, Darm, Muskeln und andere Gewebe, die in Form, Funktion und Genetik denen des Menschen sehr ähnlich sind. Die Gene, die die Entwicklung und Funktion dieser Gewebe steuern, sind seit unserem gemeinsamen Vorfahren „konserviert“ worden. Obwohl es deutliche und wichtige Unterschiede in der Entwicklung von Mensch und Fadenwurm gibt, können Wissenschaftler die Entwicklungsmechanismen in C. elegans untersuchen, um die grundlegenden Mechanismen zu verstehen, die auch beim Menschen ablaufen.

Dies ist äußerst wichtig, da viele Entwicklungs- und genetische Experimente beim Menschen unmöglich sind und bei Mäusen und anderen Wirbeltieren sehr zeitaufwendig und teuer sind. C. elegans lassen sich im Labor leicht kultivieren, haben eine kurze (4-tägige) Generationszeit und verfügen über einen „Werkzeugkasten“ genetischer und molekularer Techniken, mit denen die Genfunktion in der Entwicklung experimentell untersucht werden kann.

Aufgrund der evolutionären Erhaltung der Genfunktion und der experimentellen Nachvollziehbarkeit ist C. elegans ein idealer „Modellorganismus“ zur Untersuchung grundlegender genetischer und molekularer Mechanismen der menschlichen Entwicklung und Krankheit. Studien an C. elegans sind relevant für menschliche Krankheiten wie Krebs, Neurodegeneration (z. B. Alzheimer), neurologische Entwicklungsstörungen und -syndrome, Muskeldystrophien und das Altern, das selbst keine Krankheit ist, aber die anderen genannten Krankheiten beeinflusst. Tatsächlich wurden genetische Mechanismen, die für Krebs (Ras- und Bcl-Onkogene), Alterung (Insulinsignalisierung) und die Entwicklung des Nervensystems (UNC-6/Netrin-Signalisierung) wichtig sind, erstmals mit Hilfe von C. elegans identifiziert.

C. elegans mit grün fluoreszierendem Protein (gfp) in Neuronen.