Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans
Video loop con Caenorhabditis elegans (⚥) sotto un semplice microscopio a luce trasmessa

Video loop con Caenorhabditis elegans ( ⚥ ) sotto un semplice microscopio a luce trasmessa

sistematici
Tronco : Nematodi ( nematoda )
Classe : Secernentea
Ordine : Rhabditida
Famiglia : Rhabditidae
Genere : Caenorhabditis
Tipo : Caenorhabditis elegans
Nome scientifico
Caenorhabditis elegans
( Maupas , 1900)

Caenorhabditis elegans è un nematode del gruppo della rabdite ,studiatocome organismo modello nella biologia e nella genetica dello sviluppo . Il nome è di origine greco-latina e significa "verga nuova ed elegante" (greco caeno "nuovo", rabdite "a forma di bacchetta"; latino elegans "elegante").

Caratteristiche

anatomia

Rappresentazione schematica dell'anatomia di un individuo ermafrodito adulto di C. elegans con un'enfasi sugli organi riproduttivi e digestivi

Gli individui adulti sono lunghi solo un millimetro e hanno un diametro di 65 µm (0,065 mm). Parte della popolazione delle specie è costituita da ermafroditi (ermafroditi) , che possono riprodursi attraverso l'autofecondazione . Questi sono i cosiddetti ermafroditi consecutivi , il che significa che questi animali producono prima lo sperma nelle loro gonadi (gonadi), che sono immagazzinate in una libreria di spermatozoi, e poi formano gli ovociti . L'altra parte della popolazione della specie è costituita da maschi puri che copulano con gli ermafroditi e possono quindi produrre sessualmente nuova prole.

Inoltre, la specie ha un sistema nervoso relativamente semplice, i cui elementi principali sono un anello nervoso circumpharyngeal ( avvolto attorno all'istmo della faringe), un cordone nervoso ventrale (sull'addome) e dorsale (sul dorso), e diversi nodi nervosi (gangli) nella regione della testa e della coda. Consiste di 302 cellule nervose negli ermafroditi adulti. Fino al 2015, 383 cellule nervose erano conosciute nei maschi adulti, prima che un'altra coppia di neuroni fosse descritta con il nome "MCMs" (dalle cellule misteriose inglesi del maschio ). Il numero di cellule nervose nei maschi è di conseguenza 385. Rispetto agli ermafroditi, i neuroni dei maschi sono prevalentemente nella regione della coda specializzata (fanno eccezione gli "MCM", che si trovano nella regione della testa) e di controllo comportamento di accoppiamento.

Il fenomeno della costanza cellulare ( eutelia ), che in C. elegans non si manifesta solo nelle cellule del sistema nervoso, è non da ultimo decisivo per l'utilizzo della specie come organismo modello nella ricerca biologica e medica (vedi sotto ): ogni ermafrodito adulto ha sempre caratteristiche precise 959, ogni maschio adulto ha esattamente 1031 nuclei di cellule somatiche .

habitat

C. elegans vive normalmente in terreni a clima temperato, la temperatura ottimale è compresa tra 4 ° C e 30 ° C. Lì il verme si nutre di batteri che abbattono il materiale organico morto.

Ciclo vitale

L'ermafrodita depone circa 300 uova durante la sua vita, dalle quali si schiudono le larve L1 . Seguono altri 3 stadi larvali ( L2 , L3 e L4 ) che derivano dalle mute. Lo stadio adulto si raggiunge dopo circa 8 ore ad una temperatura ambiente di 25 ° C. Lo stadio adulto è visivamente distinto dagli altri stadi avendo una vulva . Va notato che questi non sono stadi larvali effettivi, ma stadi giovanili .

Stadio permanente (larva permanente)

In condizioni ambientali sfavorevoli, come un'alta densità di popolazione o carenza di cibo, la larva L2 si sviluppa in uno stadio larvale permanente (predurazione "simile allo stadio L2 " e quindi durata "simile allo stadio L3 / L4 "), che può durare per 3 mesi. La formazione dello stadio permanente è indotta dal feromone permanente (un derivato del colesterolo , steroide ). Lo stadio permanente differisce morfologicamente dai normali stadi larvali. Ha una forma più sottile rispetto al normale stadio L2 . La larva permanente ha una cuticola a tre strati più spessa e un'apertura della bocca più piccola, che la protegge dall'asciugarsi. ( Anatomia e metabolismo sono molto diversi dagli altri stadi). Mentre le prime fasi sono molto attive e in cerca di cibo, le fasi successive sono passive e giacciono l'una accanto all'altra sulle piastre di agar . Tuttavia, possono essere animati per fuggire di nuovo da stimoli tattili. Il comportamento passivo impedisce di bruciare troppe risorse memorizzate. Se lo stadio permanente viene a contatto con il cibo, si sviluppa nella larva L4 .

Organismo modello biologico

Micrografia a fluorescenza di un ermafrodita wild-type di C. elegans trattato con una colorazione fluorescente del DNA per evidenziare i nuclei cellulari

Negli anni '60, il Caenorhabditis elegans è stato introdotto alla scienza dal biologo dello sviluppo Sydney Brenner ( Premio Nobel per la Medicina 2002) come oggetto di osservazione per la biologia cellulare e la biologia dello sviluppo.

Caenorhabditis elegans è caratterizzato dalla cosiddetta Eutelia . Il destino evolutivo delle singole cellule è generalmente determinato all'inizio della scissione (sviluppo a mosaico). Tuttavia, lo sviluppo di C. elegans non è un ottimo esempio di sviluppo deterministico e cellulare autonomo. Il destino evolutivo di ogni cellula è chiaramente controllato da alcune cellule predecessori ( sviluppo a mosaico ). Brenner ha studiato la regolazione cellulare di questa determinazione . In relazione a questo, H. Robert Horvitz ha studiato la morte cellulare programmata . I risultati della ricerca di base su Caenorhabditis elegans possono essere trasferiti a un'ampia gamma di organismi, inclusi i vertebrati e quindi anche gli esseri umani . Vedi anche Let-7 in questo contesto .

Da allora, la sua popolarità come organismo modello ha continuato a crescere. La semplice manipolazione degli animali su piastre di agar , con batteri come cibo ( ceppi di E. coli : OP50 e HB101) e le sue proprietà di sviluppo (tra cui Eutelia, formazione di strutture semplici, trasparenza ) hanno favorito il suo trionfo in laboratorio. Oggi, insieme al batterio Escherichia coli , al moscerino della frutta Drosophila melanogaster e al thale cress Arabidopsis thaliana, è uno degli organismi meglio studiati al mondo. Non è più solo la biologia dello sviluppo che trae conoscenza dalla ricerca sui vermi, ma anche come molte altre aree Biologia come fisiologia , ecologia , genomica , neurobiologia , biologia evolutiva e biologia cellulare utilizzano l'organismo modello. Questa ricerca è spesso condotta su base interdisciplinare e anche al fine di acquisire conoscenze mediche .

Caenorhabditis elegans è stata la prima cellula multicellulare completamente sequenziata ( metazoon ) nel 1998 . I sei cromosomi e il genoma del mitocondrio contengono insieme 100.281.426 coppie di basi e 23.217 geni . Nel 2003, il genoma della specie strettamente correlata Caenorhabditis briggsae è stato completamente decifrato al fine di consentire confronti tra specie strettamente imparentate.

Nel 2006, il biologo americano Andrew Z. Fire , uno studente di Sydney Brenner , e Craig C. Mello hanno ricevuto il Premio Nobel per la Medicina per le loro ricerche sull'interferenza dell'RNA , un metodo con cui i geni possono essere specificamente "messi a tacere". Questo lavoro è stato eseguito su Caenorhabditis elegans . Il terzo premio Nobel associato a Caenorhabditis elegans è stato assegnato nel 2008 quando il biologo americano Martin Chalfie, insieme a Osamu Shimomura e Roger Y. Tsien, ha ricevuto il Premio Nobel per la chimica per l'introduzione della proteina fluorescente verde (GFP) nella ricerca biomedica di base . Il lavoro di Martin Chalfie è stato eseguito su Caenorhabditis elegans . Chalfie si era anche unito al team di Sydney Brenner all'Università di Cambridge nel 1977 .

Gli studi su Caenorhabditis elegans hanno anche fornito numerose informazioni sulla relazione tra alcuni stimoli esterni , le cellule nervose riceventi , i modelli di comportamento da loro innescati e il trucco genetico sottostante delle rispettive popolazioni o individui. Così, ad esempio, determinato sperimentalmente, che i rappresentanti del fenomeno di alcuni ceppi e popolazioni selvatiche di C. elegans tendono in forma di aggregazioni di assunzione di cibo ( alimentazione sociale inglese ), mentre altri no ( alimentazione solitaria ), tra gli altri, l'attività di geni specifici dipende dalla struttura di alcuni canali ionici (i cosiddetti canali TRP ) in alcune cellule sensoriali (cosiddette Nozizeptorneuronen ) che codificano, potenzialmente per la percezione di sostanze nocive sono responsabili del cibo i vermi, batteri come E. coli , vengono prodotti. Gli esperimenti con C. elegans hanno anche fatto alcuni progressi significativi nella ricerca sull'origine del morbo di Parkinson a livello cellulare .

I nematodi e soprattutto le loro larve sono molto resistenti a detergenti, acidi, sali, freddo o caldo. I contenitori con Caenorhabditis elegans sono stati recuperati dalle macerie dello Space Shuttle Columbia , che è stato distrutto quando è rientrato nell'atmosfera nel 2003, e sono stati trovati discendenti sopravvissuti dei vermi anche dopo diversi mesi.

Guarda anche

Biologia dello sviluppo: sullo sviluppo del nematode

letteratura

  • William B. Wood: Il Nematode Caenorhabditis Elegans . Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1988, ISBN 978-087969433-3

link internet

Commons : Caenorhabditis elegans  - raccolta di immagini, video e file audio

Prove individuali

  1. ↑ a b Travis A. Jarrell, Yi Wang, Adam E. Bloniarz, Christopher A. Brittin, Meng Xu, J. Nichol Thomson, Donna G. Albertson, David H. Hall, Scott W. Emmons: The Connectome of a Decision- Fare rete neurale. In: Science. Volume 337, N. 6093, 2012, pagg. 437–444, doi: 10.1126 / science.1221762 ( accesso alternativo al testo completo: wormwiring.org )
  2. ↑ Michele Sammut, Steven J. Cook, Ken CQ Nguyen, Terry Felton, David H. Hall, Scott W. Emmons, Richard J. Poole, Arantza Barrios: I neuroni derivati ​​da Glia sono necessari per l'apprendimento sesso-specifico in C. elegans. In: Natura. Volume 526, N. 7573, 2015, pagg. 385–390, doi: 10.1038 / nature15700 , PMC 4650210 (testo completo gratuito)
  3. ↑ Voce MapView
  4. ↑ Proteome presso UniProt
  5. ↑ C. elegans Sequencing Consortium: sequenza genomica del nematode C. elegans: una piattaforma per indagare sulla biologia . In: Science . nastro 282 , n. 5396 , 1998, pagg. 2012-2018 , doi : 10.1126 / science.282.5396.2012 , PMID 9851916 .
  6. ↑ Mario de Bono, David M. Tobin, M. Wayne Davis, Leon Avery, Cornelia I. Bargmann: L'alimentazione sociale a Caenorhabditis elegans è indotta da neuroni che rilevano stimoli avversivi. In: Natura. Volume 419, No.6910, 2002, pagg. 899–903, doi: 10.1038 / nature01169 , PMC 3955269 (testo completo gratuito)
  7. ↑ Anthony L. Gaeta, Kim A. Caldwell, Guy A. Caldwell: Found in Translation: The Utility of C. elegans Alpha-Synuclein Models of Parkinson's Disease . In: Scienze del cervello . nastro 9 , n. 4 , 2019, 73, doi : 10.3390 / brainsci9040073 .
  8. ↑ Christoph Seidler: Anniversario del disastro della "Columbia" - Come i nematodi sono sopravvissuti all'inferno del fuoco. In: Spiegel Online . 30 gennaio 2013, accesso 31 gennaio 2021 .