Waarom C. elegans bestuderen?

Wat is C. elegans en waarom gebruiken wetenschappers het om de menselijke ontwikkeling en ziekte te bestuderen?

Deze vraag komt bij de meeste mensen op als ze voor het eerst vernemen dat wetenschappers een kleine nematodeworm in de bodem bestuderen om inzicht te krijgen in de menselijke ontwikkeling en ziekte. Het is een redelijke vraag met een zeer eenvoudig antwoord: evolutionair behoud van genfunctie, zoals hieronder beschreven.

C. elegans

Foto door Erik Lundquist

C. elegans is een kleine bodemworm of nematode, en hij deelt een gemeenschappelijke voorouder met de mens die leefde in het pre-Cambrische tijdperk, 500-600 miljoen jaar geleden. Deze voorouder wordt de urbilaterale voorouder genoemd, omdat hij verwant is aan alle tweezijdig symmetrische, meercellige organismen op aarde, met inbegrip van ongewervelde dieren (insecten, nematoden, zee-egels) en gewervelde dieren (zoogdieren, vissen, vogels, reptielen).

De meeste genen en genetische mechanismen die de ontwikkeling van moderne organismen bepalen, met inbegrip van die welke betrokken zijn bij de menselijke ontwikkeling en ziekte, waren aanwezig in de urbilaterian voorouder en worden gedeeld door bestaande dieren, met inbegrip van mensen en nematoden.

Evolutie is een proces waarbij bestaande genetische mechanismen worden behouden, maar enigszins worden veranderd om te resulteren in verschillende soorten. Tijdens de evolutie van de nakomelingen van de urbilateriaanse voorouder bleven de belangrijkste ontwikkelingsmechanismen in het algemeen behouden, maar werden deze door evolutionair “knutselen” in elke afzonderlijke soort licht gewijzigd.

Als gevolg hiervan hebben de nematoden van C. elegans neuronen, huid, darmen, spieren en andere weefsels die qua vorm, functie en genetica sterk lijken op die van de mens. De genen die de ontwikkeling en de functie van deze weefsels regelen, zijn vanaf onze gemeenschappelijke voorouder “bewaard” gebleven. Hoewel er duidelijke en belangrijke verschillen zijn in de ontwikkeling van de mens en die van nematoden, kunnen wetenschappers de ontwikkelingsmechanismen bij C. elegans bestuderen om inzicht te krijgen in de fundamentele, kernmechanismen die ook bij de mens werkzaam zijn.

Dit is uiterst belangrijk, aangezien veel ontwikkelings- en genetische experimenten bij de mens onmogelijk zijn en bij muizen en andere gewervelde dieren zeer tijdrovend en duur zijn. C. elegans kan gemakkelijk in het laboratorium worden gekweekt, heeft een korte generatietijd (4 dagen) en beschikt over een “gereedschapskist” van genetische en moleculaire technieken waarmee de genfunctie in de ontwikkeling experimenteel kan worden ontleed.

Vanwege het evolutionaire behoud van genfuncties en de experimentele uitvoerbaarheid is C. elegans een ideaal “modelorganisme” om fundamentele genetische en moleculaire mechanismen van menselijke ontwikkeling en ziekte te bestuderen. Studies op C. elegans zijn relevant voor menselijke ziekten zoals kanker, neurodegeneratie (b.v. de ziekte van Alzheimer), neurologische ontwikkelingsstoornissen en syndromen, spierdystrofieën, en veroudering, die zelf geen ziekte is maar de andere genoemde ziekten beïnvloedt. Genetische mechanismen die belangrijk zijn bij kanker (Ras en Bcl oncogene signalering), veroudering (insuline signalering), en zenuwstelsel ontwikkeling (UNC-6/Netrin signalering) werden inderdaad voor het eerst geïdentificeerd met behulp van C. elegans.

C. elegans met groen fluorescent eiwit (gfp) expressie in neuronen.