Caenorhabditis elegans
Caenorhabditis elegans (od gr. καινός kainós "nowy" lub łac. caenum " błoto" oraz gr. ῥάβδος rhábdos "prążek, pręt, kij") – wolno żyjący, niepasożytniczy nicień, o długości ok. 1 mm, bytujący w glebach klimatu umiarkowanego. Jego pożywienie stanowią mikroorganizmy, w tym bakterie używane w hodowli laboratoryjnej (np. Escherichia coli). Znany od XIX wieku, a od połowy lat 60. XX wieku jest organizmem modelowym w badaniach nauk biologicznych, które przyczyniły się do poszerzenia wiedzy m.in. na temat apoptozy i funkcjonowania systemu nerwowego.
| Caenorhabditis elegans[1] | |||
| (Maupas, 1899)[2][a] | |||
| |||
| Systematyka | |||
| Domena | |||
|---|---|---|---|
| Królestwo | |||
| Typ | |||
| Gromada | |||
| Rząd | |||
| Rodzina | |||
| Rodzaj | |||
| Gatunek |
Caenorhabditis elegans | ||
| Synonimy | |||
|
| |||
Badania nad C. elegans zapoczątkował w 1965 roku Sydney Brenner. Otrzymał za nie Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w 2002 roku.
C. elegans jest pierwszym organizmem wielokomórkowym, którego genom (w 1998 roku) zsekwencjonowano (odczytano jego sekwencję nukleotydów w DNA), oraz pierwszym i dotychczas jedynym organizmem ze znanym kompletnym konektomem[3][4].
Budowa
edytujKształt C. elegans jest robakowaty, symetryczny, bez segmentacji. Pokryty jest nabłonkową otoczką z czterema głównymi żebrowaniami epidermalnymi (ang. epidermal cords) i wypełnioną płynem jamą ciała (ang. pseudocoelomate cavity). Formą dominującą u tego gatunku są osobniki hermafrodytyczne (obojnacze). W populacji występują także osobniki męskie, które stanowią zaledwie około 0,2% całej populacji.
Podstawowa anatomia C. elegans to: otwór gębowy, gardziel, jelito, gonada oraz kolagenowy worek zewnętrzny (ang. collagenous cuticle). Samce mają pojedynczą gonadę (ang. single-lobed gonad), nasieniowód (vas deferens) i ogon wyspecjalizowany do kopulacji. Hermafrodyty mają podwójne jajniki, jajowody, spermatheca (organ służący przyjmowaniu spermy, u ssaków odpowiednikiem jest pochwa) i pojedynczą macicę. Jest organizmem eutelicznym.
Nie posiada oczu, jednak wykazuje czułość na światło widzialne i ultrafioletowe, którego unika (fototaksja ujemna)[5].
Cykl życiowy
edytujJaja są składane przez hermafrodyty. Po wykluciu C. elegans przechodzi przez cztery stadia larwalne (L1–L4). W zagęszczonej hodowli lub przy braku pokarmu występuje dodatkowa, alternatywna do L3 forma larwalna, zwana dauer (niem.). Dauer jest formą zatrzymaną w rozwoju (nie starzejącą się). Są one także bardziej odporne na stres środowiskowy.
Hermafrodyty produkują spermę w fazie L4, natomiast składają jaja jako forma dorosła. Samce mogą zapłodnić hermafrodytę, który używa preferencyjnie samczej spermy do zapłodnienia jaj. Długość życia C. elegans hodowanego w laboratorium w temperaturze 20 °C to około 2–3 tygodnie. Kilka dni wystarcza do powstania nowego pokolenia.
C. elegans jako organizm modelowy
edytujWykorzystywany przez biologów w badaniach embriologicznych już od początku XX wieku. Zaletą jako organizmu modelowego są: możliwość uzyskania dużej liczby osobników w hodowli, bardzo krótki cykl życiowy (do 56 godzin), pożywienie, które stanowi E. coli. Na nicieniu analizowano determinację komórek we wczesnym okresie rozwoju embriologicznego. W połowie lat 60. wykorzystany w badaniach genetycznych przez Sydneya Brennera (Brenner wraz z Robertem Horvitzem i Johnem Sulstonem otrzymał za nie Nagrodę Nobla z medycyny w 2002 roku).
C. elegans odznacza się biologiczną prostotą – ma 5 par chromosomów autosomalnych i 1 lub 2 chromosomy X[6], ok. 20,5 tys. genów kodujących białka[7], genom wielkości 108 par zasad[8].
Organizm składa się z 959 komórek somatycznych[9], z czego 302[10] to neurony. Żywe nicienie można zamrażać, a potem odmrażać bez negatywnego wpływu na organizm. Dlatego nie jest konieczne prowadzenie ciągłej hodowli. Przezroczyste ciało pozwala obserwować procesy rozwojowe pod mikroskopem świetlnym. Badacze uszkadzając laserem w różnych stadiach rozwoju widoczne z zewnątrz komórki obserwują zachodzące zmiany i poznają ich rolę w funkcjonowaniu organizmu. Na przełomie XX i XXI wieku udało się zablokować aktywność niektórych jego genów. W tym celu karmiono go bakteriami E. coli ze specjalnie spreparowanym RNA. To pozwoliło zbadać funkcje wielu genów, z których 40% występuje też u człowieka. Poprzez mikroiniekcję można też wprowadzać do niego obcy DNA. To pozwoliło poszerzyć wiedzę w zakresie programowanej śmierci komórki (apoptozy). Wykazano, że jest to proces zależny od genów, które w DNA kodują proces samozniszczenia. Schemat tego procesu jest jednakowy u większości organizmów wyższych, w tym człowieka. Metodami optogenetyki uzyskano osobniki C. elegans wrażliwe na światło, co pozwoliło za pomocą laserów sterować pojedynczymi neuronami i badać zależności funkcjonalne między nimi[10].
Uwagi
edytuj- ↑ Część źródeł jako datę pierwszego opisu podaje rok 1900.
Przypisy
edytuj- ↑ Caenorhabditis elegans, [w:] Integrated Taxonomic Information System (ang.).
- ↑ a b c d Caenorhabditis elegans (Maupas, 1899) Dougherty, 1953. [w:] GBIF Backbone Taxonomy [on-line]. GBIF Secretariat. [dostęp 2022-09-25]. (ang.).
- ↑ J.G. White i inni, The structure of the nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans, „Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences”, 314 (1165), 1986, s. 1–340, DOI: 10.1098/rstb.1986.0056, PMID: 22462104 (ang.).
- ↑ Jeff W. Lichtman, Joshua R. Sanes, Ome sweet ome: what can the genome tell us about the connectome?, „Current Opinion in Neurobiology”, 18 (3), 2008, s. 346–353, DOI: 10.1016/j.conb.2008.08.010, PMID: 18801435, PMCID: PMC2735215 (ang.).
- ↑ Michał Henzler. Bezoki obserwator. „Świat Nauki”. Sierpień 2008. 8 (204). s. 19.
- ↑ Susan Strome i inni, Regulation of the X chromosomes in Caenorhabditis elegans, „Cold Spring Harbor Perspectives in Biology”, 6 (3), 2014, a018366, DOI: 10.1101/cshperspect.a018366, ISSN 1943-0264, PMID: 24591522, PMCID: PMC3942922 [dostęp 2023-06-15].
- ↑ Gene number and sizes, [w:] John Spieth i inni, Overview of gene structure in C. elegans, „WormBook: The Online Review of C. elegans Biology”, 2018, DOI: 10.1895/wormbook.1.65.2, PMID: 25368915, PMCID: PMC5402220 (ang.).
- ↑ R. Waterston, J. Sulston, The genome of Caenorhabditis elegans, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 92 (24), 1995, s. 10836–10840, DOI: 10.1073/pnas.92.24.10836, PMID: 7479894, PMCID: PMC40526 (ang.).
- ↑ Richard J. Epstein: Biologia molekularna człowieka. Molekularne podłoże zjawisk w stanie zdrowia i w przebiegu chorób. Lublin: Czelej, 2005, s. 557–558. ISBN 83-89309-64-5.
- ↑ a b Davide Castelvecchi. Posłuszny robak. „Świat Nauki”. nr 4 (236), s. 18, kwiecień 2011. ISSN 0867-6380.
Bibliografia
edytuj- Anna Sadakierska-Chudy: Genetyka ogólna. Skrypt do ćwiczeń dla studentów biologii. Toruń: Wydawnictwo Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, 2004. ISBN 83-231-1710-1.
Linki zewnętrzne
edytuj- Taxonomy browser (Caenorhabditis elegans) [online], www.ncbi.nlm.nih.gov [dostęp 2020-11-16] (ang.).
- WormBase. Nematode Information Resource [online], wormbase.org [dostęp 2022-09-25] (ang.).
- WormAtlas: A database of behavioral and structural anatomy of Caenorhabditis elegans and other nematodes [online], www.wormatlas.org [dostęp 2020-11-16] (ang.).
- Donald L. Riddle i inni red., C. elegans II, Plainview, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997, ISBN 0-87969-488-2, OCLC 36533638 [dostęp 2020-11-16] (ang.).