Caenorhabditis elegans — моделният нематод: биология, геном и значение

Caenorhabditis elegans е вид кръгли червеи или нематоди, широко използван като модел в биологията. Той е важен заради многото проучвания върху неговата генетика и развитие, които са дали ключови прозрения в клетъчната биология, апоптозата, неврологията и стареенето.

Морфология и жизнен цикъл

Дължината на C. elegans е около 1 mm. Червеите не са паразити, а са свободно живеещи и се срещат в почви и гниеща растителна материя, където се хранят предимно с бактерии. Телата им са почти прозрачни, което улеснява наблюдението на вътрешни структури и клетки под микроскоп.

C. elegans преминава през стандартни ларвни стадии L1–L4 преди да достигне възрастна форма; при подходящи условия поколението се развива бързо (приблизително 2–3 дни при 20°C, при 25°C част от ембрионалното развитие продължава около 14 часа). При неблагоприятни условия личинките могат да влязат в специализиран, дългоживеещ и устойчив стадий, наречен dauer, който им позволява да преживеят засушаване и липса на храна за месеци.

Полова система и размножаване

C. elegans има два вида пол: хермафродит и мъжки. Хермафродитът произвежда сперматозоиди, когато е в ларвен стадий, и прави яйцеклетки в стадий на възрастен. Мъжкият може да прави само сперматозоиди. Хермафродитите обикновено се самооплождат, което позволява лесно поддържане на чисти линии, но кръстосване с мъжки се използва за генетични анализи. В природата мъжките са редки (спонтанна честота около 0.1%), но могат да се появят по-често при мутации или при кръстосване.

Клетъчна организация и геном

Една от уникалните характеристики на C. elegans е инвариантната клетъчна линия: при възрастния хермафродит броят на соматичните клетки е точно 959, а нервната система включва 302 неврона. Това позволява на изследователите да проследят съдбата на всяка отделна клетка по време на развитието.

Това е първият многоклетъчен организъм, за който учените са успели да секвенират целия му геном (публикуван в края на 1990-те). Геномът на C. elegans е с порядък около 100 милиона базови двойки и съдържа около 20 000 бележими гени, което го прави удобен за генетичен и функционален анализ. Наличието на напреднали генетични и молекулярни инструменти (RNAi, трансгенеза, CRISPR/Cas9, GFP-репортери и др.) прави нематода особено подходящ за изследване на генните функции.

Култивиране в лабораторни условия и използване като модел

Изследването на C. elegans е започнато през 1965 г. от Сидни Бренър. В лабораториите те лесно се поддържат живи върху агарни плочи, покрити с бактерията E. coli (често щам OP50), което улеснява масово отглеждане и експерименти. Краткият жизнен цикъл, малкият размер и простата анатомия правят C. elegans отличен модел за изучаване на развитието, поведението на животните, неврологични функции, стареене, метаболизъм и болести.

Поради прозрачността и фиксирания брой клетки беше възможно да се проследи пълната клетъчна линия и да се идентифицират гените, участващи в програмираната клетъчна смърт (апоптоза). За работата си върху това как гените на C. elegans контролират развитието и програмираната клетъчна смърт, през 2002 г. Нобеловата награда за медицина е присъдена на Сидни Бренър, Робърт Хорвиц и Джон Сълстън за техните приноси.

Влияние и последващи открития

Работата с C. elegans доведе до много ключови открития и методи, включително описанието на клетъчната линия, механизми на апоптоза, молекулярни пътища, регулиращи развитието и стареенето, както и важни технически подходи като RNAi (за което бяха наградени с Нобелова награда по физиология или медицина през 2006 г.). Днес C. elegans продължава да бъде основен инструмент в молекулярната, клетъчната и развитието биология, както и в изследванията на човешки болести.

Ключови факти:

• Размер: ~1 mm.
• Соматични клетки при хермафродит: 959; неврони: 302.
• Геном: ~100 милиона базови двойки, ~20 000 гена.
• Жизнен цикъл: няколко дни до възрастен при лабораторни условия; живот – няколко седмици.
• Особености: прозрачно тяло, инвариантна клетъчна линия, dauer стадий като адаптация към стрес.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява Caenorhabditis elegans?

В: Защо е важен C. elegans?

Въпрос: Колко големи са червеите C. elegans?

В: Паразити ли са те?

В: Какви видове секс има C. elegans?

Въпрос: Кой е започнал да изследва C.?elegans?

Въпрос: Защо животни като C.?elegans са добри организми за изследвания?

Търсене по буква