Dlaczego warto badać C. elegans?

Czym jest C. elegans i dlaczego naukowcy używają jej do badania rozwoju i chorób człowieka?

To pytanie nasuwa się większości ludzi, gdy po raz pierwszy dowiadują się, że naukowcy badają małego robaka glebowego, aby uzyskać wgląd w rozwój i choroby człowieka. Jest to rozsądne pytanie z bardzo prostą odpowiedzią: ewolucyjne zachowanie funkcji genu, jak opisano poniżej.

C. elegans

Photo by Erik Lundquist

C. elegans jest małym robakiem glebowym lub nicieniem, i dzieli wspólnego przodka z ludźmi, który żył w erze prekambryjskiej, 500-600 milionów lat temu. Ten przodek jest określany jako przodek urbilateralny, ponieważ jest krewnym wszystkich obustronnie symetrycznych, wielokomórkowych organizmów na naszej planecie, w tym bezkręgowców (owadów, nicieni, jeżowców) i kręgowców (ssaków, ryb, ptaków, gadów).

Większość genów i mechanizmów genetycznych, które rządzą rozwojem współczesnych organizmów, w tym tych zaangażowanych w rozwój człowieka i choroby, była obecna u przodka urbilaterii i jest wspólna dla istniejących zwierząt, w tym ludzi i nicieni.

Ewolucja to proces, w którym istniejące mechanizmy genetyczne są zachowywane, ale nieznacznie zmieniane, co prowadzi do powstania odrębnych gatunków. W miarę ewolucji potomków przodka urbilaterii, podstawowe szlaki rządzące rozwojem były ogólnie zachowane, ale nieco zmodyfikowane u każdego odrębnego gatunku przez ewolucyjne „majstrowanie”.

W rezultacie nicienie C. elegans mają neurony, skórę, jelita, mięśnie i inne tkanki, które są bardzo podobne w formie, funkcji i genetyce do ludzkich. Geny, które kontrolują rozwój i funkcje tych tkanek zostały „zachowane” od naszego wspólnego przodka. Chociaż istnieją wyraźne i ważne różnice w rozwoju człowieka i nicieni, naukowcy mogą badać mechanizmy rozwojowe u C. elegans, aby zrozumieć podstawowe, kluczowe mechanizmy, które działają również u ludzi.

Jest to niezwykle ważne, ponieważ wiele eksperymentów rozwojowych i genetycznych jest niemożliwych do przeprowadzenia u ludzi, a u myszy i innych kręgowców są one bardzo czasochłonne i kosztowne. C. elegans są łatwe do hodowania w laboratorium, mają krótki (4 dni) czas generacji i posiadają „zestaw narzędzi” genetycznych i molekularnych technik, za pomocą których można eksperymentalnie badać funkcje genów w rozwoju.

Ze względu na ewolucyjne zachowanie funkcji genów i łatwość eksperymentowania, C. elegans reprezentuje idealny „organizm modelowy” do badania podstawowych genetycznych i molekularnych mechanizmów rozwoju człowieka i chorób. Badania nad C. elegans są istotne dla chorób człowieka, takich jak rak, neurodegeneracja (np. choroba Alzheimera), zaburzenia i zespoły neurorozwojowe, dystrofie mięśniowe i starzenie się, które samo w sobie nie jest chorobą, ale wpływa na inne wymienione choroby. Istotnie, mechanizmy genetyczne ważne dla nowotworów (sygnalizacja onkogenów Ras i Bcl), starzenia się (sygnalizacja insuliny) i rozwoju układu nerwowego (sygnalizacja UNC-6/Netrin) zostały po raz pierwszy zidentyfikowane przy użyciu C. elegans.

C. elegans z ekspresją białka zielonej fluorescencji (gfp) w neuronach.