Varför studera C. elegans?

Vad är C. elegans och varför använder forskarna den för att studera människans utveckling och sjukdomar?

Denna fråga dyker upp hos de flesta människor när de för första gången får reda på att forskarna studerar en liten nematodmask i jorden för att få insikter om människans utveckling och sjukdomar. Det är en rimlig fråga med ett mycket enkelt svar: evolutionärt bevarande av genernas funktion, vilket beskrivs nedan.

C. elegans

Foto av Erik Lundquist

C. elegans är en liten jordmask eller nematod, och den har en gemensam förfader med människan som levde under den prekambriska eran, för 500-600 miljoner år sedan. Denna förfader kallas den urbilateriska förfadern, eftersom den är släkt med alla bilateralt symmetriska, flercelliga organismer på planeten, inklusive ryggradslösa djur (insekter, nematoder, sjöborrar) och ryggradsdjur (däggdjur, fiskar, fåglar, reptiler).

De flesta av de gener och genetiska mekanismer som styr den moderna organismens utveckling, inklusive de som är inblandade i människans utveckling och sjukdomar, fanns i urbilaterianernas förfader och delas av existerande djur, inklusive människor och nematoder.

Evolutionen är en process genom vilken existerande genetiska mekanismer bevaras men förändras något så att de resulterar i olika arter. När ättlingarna till den urbilateriska förfadern utvecklades bevarades i allmänhet de centrala vägar som styr utvecklingen men ändrades något i varje distinkt art genom detta evolutionära ”pyssel”.

Som ett resultat av detta har nematoderna i C. elegans neuroner, hud, tarm, muskler och andra vävnader som till form, funktion och genetik liknar människans i mycket hög grad. De gener som styr utvecklingen och funktionen av dessa vävnader har ”bevarats” från vår gemensamma förfader. Även om det finns tydliga och viktiga skillnader mellan människans och nematodernas utveckling kan forskarna studera utvecklingsmekanismer i C. elegans för att förstå de grundläggande, centrala mekanismerna som också fungerar hos människan.

Detta är ytterst viktigt, eftersom många utvecklings- och genetiska experiment är omöjliga hos människor och mycket tidskrävande och dyra hos möss och andra ryggradsdjur. C. elegans är lätt att odla i laboratoriet, har en kort generationstid (4 dagar) och har en ”verktygslåda” av genetiska och molekylära tekniker genom vilka genernas funktion i utvecklingen kan dissekeras experimentellt.

På grund av det evolutionära bevarandet av genernas funktion och den experimentella lätthanterligheten utgör C. elegans en idealisk ”modellorganism” för att studera grundläggande genetiska och molekylära mekanismer för mänsklig utveckling och sjukdom. Studier på C. elegans är relevanta för mänskliga sjukdomar som cancer, neurodegeneration (t.ex. Alzheimers sjukdom), neurologiska utvecklingsstörningar och syndrom, muskeldystrofi och åldrande, som i sig självt inte är en sjukdom men som påverkar de andra nämnda sjukdomarna. Genetiska mekanismer som är viktiga för cancer (Ras och Bcl onkogensignalering), åldrande (insulinsignalering) och nervsystemets utveckling (UNC-6/Netrinsignalering) identifierades faktiskt först med hjälp av C. elegans.

C. elegans med uttryck av grönt fluorescerande protein (gfp) i neuroner.