Caenorhabditis elegans

ชีววิทยา

C. elegans เป็นสิ่งมีชีวิตที่ unsegmented, vermiform, และ bilaterally symmetrical โดยมีผิวชั้นนอกปกคลุม เส้นหนังกำพร้าหลัก 4 เส้น และมีช่องที่เต็มไปด้วยของเหลว
สิ่งมีชีวิตในสปีชีส์ C. elegans มีระบบอวัยวะต่างๆเหมือนกับสัตว์อื่นๆ ในธรรมชาติ C. elegans จะกินแบคทีเรียที่ทำให้ผักเน่าเป็นอาหาร
C. elegans มี 2 เพศ: hermaphrodite และ ตัวผู้ โดยประชากรเกือบทั้งหมดจะเป็น hermaphrodite โดยจะมีตัวผู้อยู่ประมาณแค่ 0.05% โดยเฉลี่ย
พื้นฐานทางสรีรวิทยาของ C. elegans จะมี ปาก, คอหอย, ลำไส้, ต่อมบ่งเพศ, และ ผิวนอกที่เป็นคอลลาเจน
ตัวผู้จะมีต่อมบ่งเพศซีกเดี่ยว (single-lobed gonad), ท่อนำสเปิร์ม (vas deferens) และหางพิเศษสำหรับการผสมพันธุ์
Hermaphrodites มี 2 รังไข่, ท่อรังไข่, spermatheca, และมดลูกหนึ่งอัน
Hermaphrodite จะออกลูกเป็นไข่ หลังจากไข่ฝักเป็นตัวแล้ว C. elegans จะเป็นตัวอ่อนโดยพัฒนาผ่าน 4 ระยะ (L1–L4)
ถ้าเกิดภาวะอาหารขาดแคลนขึ้นขณะเป็นตัวอ่อน C. elegans สามารถพัฒนาเข้าสู่ระยะที่สามแบบพิเศษที่เรียกว่าสถานะ dauer
โดยตัวอ่อนในสถานะ Dauer นี้จะมีความต้านทานต่อความเครียด(จากภาวะแวดล้อม)และจะไม่แก่ขึ้น
Hermaphrodites จะผลิตสเปิร์มขึ้นมาในระยะที่ L4 (สเปิร์ม 150 ตัวต่อ gonadal arm) และจากนั้นจะเปลี่ยนไปสร้างเซลล์ไข่ (oocyte) แทน
สเปิร์มจะถูกเก็บในต่อมบ่งเพศบริเวณเดียวกับเซลล์ไข่ จนกระทั่งเซลล์ไข่ดันสเปิร์มเข้าไปสู่ท่อรังไข่ ซึ่งเป็นเสมือนห้องที่เซลล์ไข่ถูกผสมโดยสเปิร์มC. elegans ตัวผู้สามารถที่จะผสมกับ hermaphrodite ได้
hermaphrodite สามารถใช้สเปิร์มจากทั้งที่ผลิตมาเองและได้จากตัวผู้ได้ สเปิร์มทั้งสองชนิดจะถูกเก็บอยู่ในท่อรังไข่เหมือนกัน
โดยถ้าใช้สเปิร์มที่ผลิตเอง C. elegans ที่เป็น wide-type (หรือชนิดที่ไม่มีการกลายพันธุ์) จะวางไข่ประมาณ 300 ฟอง
ถ้าใช้สเปิร์มที่ได้รับจากตัวผู้ C. elegans สามารถจะวางไข่ได้มากกว่า 1,000 ฟอง
ที่อุณหภูมิ 20 °C, C. elegans สายพันธุ์ห้องทดลองจะมีอายุขัยโดยเฉลี่ยราวๆ 2–3 สัปดาห์ และมี generation time ประมาณ 4 วัน
C. elegans มี ออโตโซม 5 คู่ และ โครโมโซมเพศ 1 คู่
เพศของ C. elegans จะขึ้นกับ X0 sex-determination system
Hermaphrodite C. elegans จะมีคู่ของโครโมโซมเพศ (XX)
C. elegans ตัวผู้ที่เป็นส่วนน้อยของประชากรจะมี โครโมโซมเพศตัวเดียว (X0)
สเปิร์มของ C. elegans จะคล้ายอะมีบา (ไม่มี flagella หรือ อะโครโซม)

นิเวศวิทยา

Caenorhabditis สปีชีส์ต่างๆจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารและแบคทีเรียที่หลากหลาย
Caenorhabditis สปีชีส์ ไม่ได้สามารถเป็นประชากรแบบยั่งยืนได้ด้วยตนเองในดินเพราะว่ามันไม่มีสารอินทรีย์ที่เพียงพอ
C. elegans สามารถอยู่ได้ด้วยการกินแบคทีเรียหลายๆชนิด (แต่ไม่ใช่ทุกชนิดของแบคทีเรีย) แต่เรื่องสภาพนิเวศตามธรรมชาติของ C. elegans มีอีกมากที่ยังไม่รู้
สารพันธุ์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในห้องทดลองจะพบจากสภาพแวดล้อมที่ถูกมนุษย์ดัดแปลงแล้วเช่น ในสวน หรือกองปุ๋ยหมัก
อย่างไรก็ตาม C. elegans สามารถพบได้ในสารอินทรีย์ที่กำลังเน่าโดยเฉพาะผลไม้ที่กำลังเน่า.
ตัวอ่อนในสถานะ Dauer ของ C. elegans อาจถูกเคลื่อนย้ายได้โดยพวกสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (เช่น กิ้งกือ, แมลง, ไร และ ทาก) และเมื่อ ตัวอ่อนในสถานะ Dauer เข้าไปอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมมันก็จะเปลี่ยนสถานะออกจากสถานะ Dauer ได้ เช่นในห้องทดลองมันจะเปลี่ยนออกมากินพาหะไม่มีกระดูกสันหลังของมันที่ตายลง
สัตว์พวกนีมาโทดมีความสามารถในการทดกับสภาพแห้งแล้งจัด (desiccation) ได้ และ C. elegans ก็มีกลไกสำหรับความสามารถในการทดสภาพแห้งแล้งจัดนี้ด้วยโดยกลไกนั้นได้ถูกสาธิตว่าคือ Late Embryogenesis Abundant (LEA) proteins.

การใช้การทดลอง

C. elegans ถูกใช้ศึกษาเป็น model organism จากหลายๆเหตุผลด้วยกัน
มันเป็นยูแคริโอตหลายเซลล์ที่ง่ายพอที่จะใช้ศึกษาอย่างละเอียด
สายพันธุ์ของ C. elegans ก็ราคาถูกในการผสมและขยายพันธุ์ และก็สามารถถูกแช่งแข็งได้ โดยเมื่อละลายแล้วมันก็ยังใช้งานได้อยู่ ทำให้การเก็บไว้ใช้งานระยาวทำได้ง่าย
นอกจากนั้น C. elegans ยังโปร่งใส ช่วยให้การศึกษาเกี่ยวกับ cellular differentiation และกระบวนการพัฒนาการอื่นๆ สามารถทำได้ง่าย
การพัฒนาของ somatic cell ทุกๆเซลล์ (959 เซลล์ใน hermaphrodite ตัวเต็มวัย; 1031 เซลล์ใน ตัวผู้เต็มวัย) ได้ถูกศึกษาแล้วโดยละเอียด
และ C. elegans ก็ยังเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนน้อยที่สุดที่มีระบบประสาท
hermaphrodite มีเซลล์ประสาท 302 เซลล์ whose pattern of connectivity, or "connectome", has been completely mapped and shown to be a small-world network.
มีงานวิจัยที่ศึกษากลไกของระบบประสาทที่เกี่ยวกับพฤติกรรมต่างๆของ C. elegans เช่น chemotaxis, thermotaxis, mechanotransduction, และการจับคู่ของตัวผู้
คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์อย่างหนึ่งของ C. elegans ก็คือ มันค่อนข้างจะตรงไปตรงมาในการที่จะรบกวนการทำงานเฉพาะของแต่ละยีนส์โดย RNA interference (RNAi) การปิดการทำงานของยีนส์ในลักษณะนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถอนุมานหน้าที่ยีนส์แต่ละตัวได้
C. elegans ยังมีประโยชน์ในการศักษาเกี่ยวกับไมโอซิสอีกด้วย
ระหว่างที่สเปิร์มและไข่เคลื่อนที่ลงตามความยาวของต่อมบ่งเพศ มันก็จะผ่านพัฒนาการตามระยะเวลาของกระบวนการไมโอซิส ซึ่งการตำแหน่งของนิวเคลียสในต่อมบ่งเพศก็สามารถใช้ประมาณกับระยะของกระบวนการไมโอซิสได้
C. elegans ก็ยังถูกใช้เป็นโมเดลสำหรับการติดนิโคตินได้ด้วย เพราะว่า C. elegans มีพฤติกรรมตอบสนองกับนิโคตินที่คล้ายกับพฤติกรรมที่สังเกตได้ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

จีโนม

C. elegans เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ชนิดแรกที่จีโนมของมันถูกถอดรหัสออกมาอย่างสมบูรณ์ รหัสพันธุ์กรรมของ C. elegans ถูกตีพิมพ์เผยแพร่ในปี ค.ศ. 1998  โดยที่มีช่องว่างอยู่บ้าง; ช่องว่างสุดท้ายได้ถูกแก้ไขเสร็จสิ้นในเดือนตุลาคม ปีค.ศ. 2002
hermaphrodite ตัวเต็มวัยมี 959 somatic nuclei ความหนาแน่นของยีนคือประมาณ 1 gene/5kb โดยมี Intron อยู่ 26% ของจีโนม
รหัสจีโนมของ C. elegans มีความยาวประมาณ 100 ล้าน base pair และบรรจุยีนส์ที่เก็บรหัสด้วยโปรตีนอยู่ประมาณ 20,100 ยีนส์ จำนวน RNA gene ของ C. elegans เชื่อว่ามีมากกว่า 16,000 RNA genes
จีโนมอย่างเป็นทางการของ C. elegans ถูกแก้ไขอยู่เรื่อยๆ เมื่อมีการค้นพบใหม่ๆหรือการพบข้อบกพร่องในการศึกษาก่อนหน้า เช่น the WS169 release ของ WormBase (ธันวาคม ค.ศ. 2006) รายงานการเพิ่ม base pair ขึ้นมา 6 base pairs เข้าไปจีโนม Occasionally more extensive changes are made, as in the WS159 release of May 2006, which added over 300 bp to the sequence.

วิวัฒนาการ

ในปี ค.ศ. 2000 มีรายงานการศึกษาที่พบว่า ฟองน้ำทะเลมีกลุ่มของโปรตีนที่คล้ายกับของมนุษย์มากกว่าของ C. elegans. ซึ่งอาจบอกได้ว่า บรรพบุรุษของ C. elegans ได้มีอัตราการวิวัฒนาการที่รวดเร็ว ในรายงานยังระบุว่า C. elegans ไม่มียีนส์โบราณหลายชนิด

ข่าว

C. elegans ได้ตกเป็นข่าวเมื่อพบว่ามันสามารถรอดชีวิตได้จากโศกนาฏกรรมกระสวยอวกาศโคลัมเบีย ในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 2003
ต่อจากนั้นเดือนมกราคม ค.ศ. 2009, C. elegans ถูกส่งไปอยู่ในสถานีอวกาศนานาชาติ 2 สัปดาห์เพื่อศึกษาถึงผลของสภาพไร้น้ำหนักต่อพัฒนาการของกล้ามเนื้อ โดยการศึกษาจะเน้นเกี่ยวกับด้านพันธุ์กรรมของmuscle atrophy ซึ่งจะผลการศึกษาจะเกี่ยวข้องกับการท่องเที่ยวอวกาศ และรวมถึงคนที่นอนป่วย ผู้ป่วยสูงอายุ และ ผู้ป่วยโรคเบาหวาน