De ce să studiem C. elegans?

Ce este C. elegans și de ce îl folosesc oamenii de știință pentru a studia dezvoltarea și bolile umane?

Această întrebare sare în mintea celor mai mulți oameni atunci când află pentru prima dată că oamenii de știință studiază un mic vierme nematod din sol pentru a obține informații despre dezvoltarea și bolile umane. Este o întrebare rezonabilă, cu un răspuns foarte simplu: conservarea evolutivă a funcției genelor, așa cum este descrisă mai jos.

C. elegans

Fotografie de Erik Lundquist

C. elegans este un mic vierme de sol sau nematod și are un strămoș comun cu oamenii, care a trăit în era pre-cambriană, în urmă cu 500-600 de milioane de ani. Acest strămoș este denumit strămoșul urbilaterian, deoarece este ruda tuturor organismelor multicelulare cu simetrie bilaterală de pe planetă, inclusiv a nevertebratelor (insecte, nematode, arici de mare) și a vertebratelor (mamifere, pești, păsări, reptile).

Majoritatea genelor și mecanismelor genetice care guvernează dezvoltarea organismelor moderne, inclusiv cele implicate în dezvoltarea și bolile umane, au fost prezente în strămoșul urbilaterian și sunt împărtășite de animalele existente, inclusiv de oameni și nematode.

Evoluția este un proces prin care mecanismele genetice existente sunt conservate, dar ușor modificate pentru a rezulta specii distincte. Pe măsură ce descendenții strămoșului urbilaterian au evoluat, căile de bază care guvernează dezvoltarea au fost, în general, conservate, dar ușor modificate în fiecare specie distinctă prin acest „bricolaj” evolutiv.

Ca urmare, nematodele C. elegans au neuroni, piele, intestin, mușchi și alte țesuturi care sunt foarte asemănătoare, din punct de vedere al formei, funcției și geneticii, cu cele ale oamenilor. Genele care controlează dezvoltarea și funcția acestor țesuturi au fost „conservate” de la strămoșul nostru comun. Deși există diferențe clare și importante în dezvoltarea omului și a nematodelor, oamenii de știință pot studia mecanismele de dezvoltare la C. elegans pentru a înțelege mecanismele de bază, esențiale, care funcționează și la om.

Acest lucru este extrem de important, deoarece multe experimente de dezvoltare și genetice sunt imposibile la om și sunt foarte costisitoare și consumatoare de timp și costisitoare la șoareci și alte vertebrate. C. elegans sunt ușor de cultivat în laborator, au un timp de generare scurt (4 zile) și vin cu un „set de instrumente” de tehnici genetice și moleculare prin care funcția genelor în dezvoltare poate fi disecată experimental.

Datorită conservării evolutive a funcției genelor și a tractabilității experimentale, C. elegans reprezintă un „organism model” ideal pentru a studia mecanismele genetice și moleculare de bază ale dezvoltării și bolilor umane. Studiile pe C. elegans sunt relevante pentru boli umane, cum ar fi cancerul, neurodegenerarea (de exemplu, boala Alzheimer), dizabilitățile și sindroamele de neurodezvoltare, distrofiile musculare și îmbătrânirea, care nu este în sine o boală, dar influențează celelalte boli menționate. Într-adevăr, mecanismele genetice importante în cancer (semnalizarea oncogenei Ras și Bcl), îmbătrânire (semnalizarea insulinei) și dezvoltarea sistemului nervos (semnalizarea UNC-6/Netrin) au fost identificate pentru prima dată folosind C. elegans.

C. elegans cu expresie de proteină fluorescentă verde (gfp) în neuroni.