Miksi tutkia C. elegansia?

Mikä on C. elegans ja miksi tutkijat käyttävät sitä ihmisen kehityksen ja sairauksien tutkimiseen?

Tämä kysymys hyppää useimpien ihmisten mieleen, kun he kuulevat ensimmäisen kerran, että tutkijat tutkivat pientä maaperän sukkulamatoa saadakseen tietoa ihmisen kehityksestä ja sairauksista. Se on järkevä kysymys, johon on hyvin suoraviivainen vastaus: geenien toiminnan evolutiivinen säilyminen, kuten jäljempänä kuvataan.

C. elegans

Kuva: Erik Lundquist

C. elegans on pieni maaperän mato eli sukkulamato, ja sillä on ihmisen kanssa yhteinen esi-isä, joka eli esikambrikaudella, 500-600 miljoonaa vuotta sitten. Tätä esi-isää kutsutaan urbilateriaaliseksi esi-isäksi, sillä se on sukua kaikille planeetan kaksoissymmetrisille, monisoluisille eliöille, mukaan lukien selkärangattomat (hyönteiset, sukkulamatot, merisiilit) ja selkärankaiset (nisäkkäät, kalat, linnut, matelijat).

Suurin osa geeneistä ja geneettisistä mekanismeista, jotka säätelevät nykyisten organismien kehitystä, mukaan lukien ihmisen kehitykseen ja sairauksiin liittyvät geenit ja geneettiset mekanismit, oli olemassa urbilaterian esivanhemmissa, ja ne ovat yhteisiä nykyisille eläimille, mukaan lukien ihmiselle ja sukkulamatoeläimille.

Evoluutiolla tarkoitetaan prosessia, jonka aikana olemassa olevat geneettiset mekanismit säilyvät, mutta niitä on muutettu hiukan, ja niiden tuloksena on syntynyt erillisiä lajeja. Kun urbilaterian esi-isän jälkeläiset kehittyivät, keskeiset kehitystä ohjaavat reitit säilyivät yleisesti ottaen, mutta muuttuivat hieman jokaisessa erillisessä lajissa tämän evoluution ”puuhastelun” seurauksena.

Tämän seurauksena C. elegansin sukkulamatoilla on hermosoluja, ihoa, suolistoa, lihaksia ja muita kudoksia, jotka muistuttavat muodoltaan, toiminnoiltaan ja geneettisiltä ominaisuuksiltaan hyvin paljon ihmisen kudoksia. Näiden kudosten kehitystä ja toimintaa ohjaavat geenit ovat ”säilyneet” yhteisestä esi-isästämme lähtien. Vaikka ihmisen ja sukkulamadon kehityksessä on selkeitä ja tärkeitä eroja, tutkijat voivat tutkia kehitysmekanismeja C. elegansissa ymmärtääkseen niitä keskeisiä perusmekanismeja, jotka toimivat myös ihmisessä.

Tämä on erittäin tärkeää, sillä monet kehitys- ja geneettiset kokeet eivät ole mahdollisia ihmisellä ja ne ovat hyvin aikaa vieviä ja kalliita hiirillä ja muilla selkärankaisilla. C. eleganseja on helppo kasvattaa laboratoriossa, niiden sukupolveutumisaika on lyhyt (4 päivää), ja niillä on käytössään geneettisten ja molekulaaristen tekniikoiden ”työkalupakki”, jonka avulla geenien toimintaa kehityksessä voidaan tutkia kokeellisesti.

Geenien toiminnan evoluutionaalisen säilymisen ja kokeellisen helppokäyttöisyyden vuoksi C. elegans edustaa ideaalista ”pienoismalliorganismia”, jonka avulla voidaan tutkia ihmisen kehittymisen ja tautien geneettisiä ja molekulaarisia perus- ja vaikutusmekanismeja. C. elegansilla tehdyt tutkimukset liittyvät ihmisen sairauksiin, kuten syöpään, neurodegeneraatioon (esim. Alzheimerin tauti), neurologisiin kehityshäiriöihin ja oireyhtymiin, lihasdystrofioihin ja ikääntymiseen, joka ei itsessään ole sairaus mutta vaikuttaa muihin mainittuihin sairauksiin. Syövässä (Ras- ja Bcl-onkogeenien signalointi), ikääntymisessä (insuliinin signalointi) ja hermoston kehityksessä (UNC-6/Netrin-signalointi) tärkeät geneettiset mekanismit tunnistettiinkin ensimmäisen kerran C. elegansin avulla.

C. elegans, jossa on vihreää fluoresoivaa valkuaista (gfp, green fluorescent protein) ilmentäviä hermosoluja.