Caenorhabditis elegans: rundorm og modelorganisme i genetik og udvikling

Caenorhabditis elegans — rundorm og essentiel modelorganisme i genetik og udvikling; let dyrkning, hurtig livscyklus og Nobelprisbelønte opdagelser gør den uundværlig i forskning.

Caenorhabditis elegans er en art af rundorm eller nematode. Den er vigtig, fordi der er blevet forsket meget i dens genetik og udvikling. Den tilhører familien Rhabditidae og er et af de bedst kendte dyr i molekylærbiologi og udviklingsbiologi.

C. elegans er ca. 1 mm lang. Ormene er ikke parasitter, men fritlevende. De lever i jorden og lever af bakterier. C. elegans er en modelorganisme, der bruges til at studere dyrs udvikling og adfærd. Det er den første flercellede organisme, for hvilken forskerne har været i stand til at sekventere hele dens genom. Ormens krop er gennemsigtig, hvilket gør det let at følge celler og udvikling i levende dyr med mikroskopi.

Udseende, anatomi og celleantal

C. elegans har en simpel, men velorganiseret anatomi med et tyndt kutikula, muskler langs kroppens længde og et enkelt fordøjelsessystem. En voksen hermafrodit består af et fast antal celler—ofte nævnt som 959 somatiske celler—inklusive præcist 302 neuroner. Mænd og hermafroditter adskiller sig lidt i størrelse og i det reproduktive system.

Livscyklus og formering

C. elegans har to former for køn: hermafrodit og han. En hermafrodit producerer sædceller, når den er i larvestadiet, og producerer æg i voksenstadiet. En han kan kun producere sædceller. Hanner er lidt mindre end hermafroditter. En selvbefrugtende hermafrodit producerer typisk flere hundrede afkom (ofte omkring 200–300) ved selvsingling; parring med en han kan øge kuldstørrelsen betydeligt.

Undersøgelser med C. elegans blev påbegyndt i 1965 af Sydney Brenner. I laboratorier er de nemme at holde i live. Ved 25ºC tilbringer de 14 timer som embryon. Dyr som C. elegans, der ikke tager lang tid om at vokse og er lette at fodre, er normalt gode organismer til forskning. Ved 20ºC går en normalt udvikling fra æg til reproduktiv voksen på omkring 3 dage, og den typiske levetid er i størrelsesordenen 2–3 uger under laboratoriebetingelser.

Dauer-fasen og overlevelse

Under ugunstige forhold kan C. elegans gå ind i en specialiseret, hvilestadie kaldet dauer-larven. Dauer er resistent over for sult og stress og kan overleve længere tid, indtil forholdene forbedres. Denne tilpasning gør ormen nyttig til studier af stressresponser, stofskifte og aldring.

Genetik, genom og cellelinie

Genomet hos C. elegans er relativt lille (ca. 100 millioner basepar) og indeholder omkring 20.000 protein-kodende gener, hvilket gjorde det til det første fler-cellede dyr, hvis genom blev fuldstændigt sekventeret i 1998. En anden vigtig grund til artenes popularitet er, at dens cellelinie er invariant og fuldstændigt kortlagt: hver enkelt celledeling fra zygote til voksen er dokumenteret af forskere som John Sulston. Denne detaljerede cellekortlægning har givet uvurderlig indsigt i, hvordan gener styrer celledifferentiering og organudvikling.

I forbindelse med programmørbar celledød (apoptose) førte arbejde med C. elegans til identifikationen af centrale gener, der regulerer denne proces. Opdagelser i ormens apoptose-mekanismer har haft direkte betydning for forståelsen af celledød i højere organismer.

Teknikker og værktøjer i forskning

• Den gennemsigtige krop gør levende billeddannelse og single-cell-analyser mulige.
• Transgenese med reporterproteiner (fx GFP) gør det muligt at følge genekspression og proteinlokalisering.
• RNA-interferens (RNAi), en metode til at slå genfunktioner fra, blev udviklet og udbredt i C. elegans og er blevet et kraftfuldt værktøj i funktionel genetik.
• Moderne redigeringsmetoder som CRISPR/Cas9 anvendes nu også rutinemæssigt i arten.

Laboratoriehold og fodring

I laboratorier dyrkes C. elegans ofte på agarplader med en tynd film af døde eller levende bakterier (typisk E. coli-stammer), som fungerer som føde. De er sikre at arbejde med og udgør ingen kendt risiko for mennesker som patogen. De stiller lave krav til plads og ressourcer, hvilket gør dem velegnede til både store og små laboratorier.

Betydning og historiske opdagelser

I 2002 blev Nobelprisen i medicin tildelt Sydney Brenner, Robert Horvitz og John Sulston for deres arbejde med at finde ud af, hvordan C. elegans' gener får den til at vokse og får nogle af dens celler til at dø. Disse opdagelser lagde grundlaget for moderne forståelse af celleudvikling og programmeret celledød. Siden da har fortsatte studier i C. elegans bidraget til viden om aldring, neurobiologi, signaltransduktion og sygdomsmodeller.

Samlet betydning

Caenorhabditis elegans er en lille, enkel organisme, men dens bidrag til biologi er enorme. Dens genetik, korte generationstid, faste celletal og gennemsigtighed gør den til et enestående redskab til at forstå grundlæggende biologiske processer, som ofte er bevarede i højere organismer, inklusive mennesker.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er Caenorhabditis elegans?

Spørgsmål: Hvorfor er C. elegans vigtig?

Spørgsmål: Hvor store er C. elegans-orme?

Spørgsmål: Er de parasitter?

Spørgsmål: Hvilke typer køn har C. elegans?

Sp: Hvem begyndte at studere C.?elegans?

Spørgsmål: Hvorfor er dyr som C.?elegans gode organismer til forskning?

Søg efter bogstav