Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans (או בקיצור C. elegans) היא מין של נמטודה (תולעת עגולה) באורך של כ-1 מ"מ, אשר חיה באדמה בטמפרטורות פושרות. תולעת זו היא אחד מיצורי המודל הנחקרים ביותר בגנטיקה ובביולוגיה ההתפתחותית. חקר אורגניזם זה החל ב-1965 במעבדתו של סידני ברנר מה שהעניק לו פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה והניב פרסי נובל נוספים עקב מחקרי המשך. C. elegans היא בעלת סימטריה דו-צדדית עם מעטפת מקוטיקולה, ללא סגמנטציה (חלוקה לפרקים), עם ארבעה מיתרים אפידרמליים. היא מכילה מערכת של מספר איברים: מערכת עיכול, מערכת עצבים, מערכת רבייה ושרירים. C. elegans ניזונה מחיידקים, כגון E. coli. ה-C. elegans היא הרמאפרודיטית, והיא יכולה להפרות את עצמה ובכך להתרבות. קצב הרבייה שלה מהיר ביותר ואורך חייה הוא כשלושה שבועות בערך. התולעת משמש רבות כמודל בביולוגיה בשל הקלות הרבה והעלות הנמוכה שבהן ניתן להחזיק מספר רב של אורגניזמים בתנאי מעבדה. אורגניזם זה מתאים במיוחד למחקר של התמיינות תאית. בשנות ה-60 סידני ברנר החל לחקור את התולעת וערך בה מחקרים חלוציים בתחומים של גנטיקה ונוירואנטומיה. מחקרים אלה גרמו להקמת קהילה של אלפי חוקרים שמיקדו את מחקריהם בתולעת, כך הפכה התולעת הזו לאחד היצורים הנחקרים ביותר. המידע הרב שהצטבר עליה אפשר להסיק מסקנות לגבי הליכים ביולוגיים בקרב כלל בעלי החיים. היתרון המדעי המשמעותי של C. elegans הוא בכך שעל אף שזהו אורגניזם רב-תאי, הוא פשוט יחסית לצורכי חקר מעמיק. בשלב הפגית של התולעת יש בה בדיוק 558 תאים. אלו מתפתחים ל-959 התאים שעברו מיפוי מלא (במקור ישנם 1,090 תאים, אך 131 מהם מתים בתהליך של אפופטוזה). החוקרים יודעים מה "אילן היוחסין" של כל אחד מהתאים האלה, מבחינת התפתחות העובר. הביצית המופרית עוברת עשרה דורות של חלוקת תאים, כך שנוצר "אילן יוחסין עוברי" שמתאר את המסלול בין הביצית המקורית לבין התא הבוגר. ג'ון סלסטון ועמיתיו ביצעו מעקב אחר כל אחד מהתאים וזיהו שישה תאים מייסדים שמכונים C, D, E, MS, AB, ו-P4. כל תא בגוף התולעת מצוין בשם המצביע על נתיב ההתפתחות העוברית שיצר אותו, בהתאם לראשי התיבות של כיוון חלוקת התא שיצרה אותו, לאורך צירי סימטריה של הגוף: a מציין קדמי (anterior), p מציין אחורי (posterior), d לציון גבי (dorsal), v לציון בטני (ventral), l מציין שמאל (left) ו-r מציין ימין (right). לכל תא יש לא יותר משני תאים, שאחד מהם עשוי למות בהמשך. לדוגמה אם מסתכלים על תא מסוים של שריר הגוף, הוא מכונה Cappppv שנוצר מתא מייסד C שהתפצל לבן קדמי (a), וזה התפצל לבן אחורי (p), שהתפצל לבן אחורי, שהתפצל לבן אחורי, שהתפצל לבן אחורי, שהתפצל לבן בטני (v). לעומת זאת ABprpapppap מציין תא עצב שמצוי במיתר העצבי הבטני לאורך גוף התולעת. כך לכל תא בתולעת יש שם המתאר את תולדות ההפתחות העוברית שלו. דבר זה מדגים עקרון פעולה חשוב שקיים במהלך ההתפתחות העוברית בקרב כל בעלי החיים במהלך ההריון תאים מתחלקים בצורה א-סימטרית, חלוקה א-סימטרית זו יוצרת סביבה שונה במקצת בתאים הבנים, ואי-סימטריה זו גוררת שפעול של גנים שונים בגרעין התא. דבר זה בתורו גורר התפתחות שונה של התאים, ליצירת רקמות שונות, המכילות תאים שנראים ומתפקדים בצורה שונה, למרות שיש להם מטען גנטי זהה. בבעלי חיים מתקדמים יותר יש יותר שלבי חלוקה, והיות וחלוקה זו גוררת גידול מעריכי, יש להם הרבה יותר תאים (מאות מיליארדים). ההתפתחות העוברית ביצורים אלה פחות קשיחה ופחות דטרמיניסטית. בעוד ב C. elegans "אילנות היוחסין" של תאים (במובן של התפתחות העובר) זהות בין הפרטים (למעט מוטנטים), אצל יונקים לדוגמה "אילנות היוחסין" של התאים שונות מפרט לפרט. עם זאת העיקרון הבסיסי של יצירת סוגי תאים שונים, למרות מטען גנטי זהה, באמצעות חלוקת תאים א-סימטרית במהלך התפתחות העובר, הוא זהה בכל בעלי החיים. C. elegans הוא האורגניזם הרב-תאי הראשון שהגנום שלו רוצף בשלמותו. ריצוף הגן פורסם ברובו ב-1998 והושלם סופית ב-2002. אורכו של הגנום הוא כמאה מיליון זוגות בסיסים (כשלושה אחוז מזה של האדם); והוא בעל 6 כרומוזומים (1 או 2 כרומוזומי מין). ב-2003 רוצף הגנום של תולעת נוספת - C. briggsae. כך נוצרה גם האפשרות לבצע גנומיקה השוואתית בין שני המינים. לתולעת יש כ-20 אלף גנים המקודדים לחלבונים, מספר הדומה למספר הגנים מקודדי החלבון בגנום האדם. בנוסף C. elegans הוא אחד מהאורגניזמים הפשוטים ביותר הקיימים בקרב בעלי מערכת עצבים. ל-C. elegans ישנם כ-302 תאי עצב והוא האורגניזם היחיד כיום עבורו קיימת מפת חיבוריות בין נוירונים שונים (קונקטום). לתולעת קיים רפרטואר התנהגויות שונות. הבולטות מביניהן הן כמוטקסיס (תנועה לכיוון חומר כימי מסוים) ותרמוטקסיס (תנועה לכיוון מקור חום). בנוסף, לאחרונה הוכח שלתולעת זו ישנה גם יכולת למידה אסוציאטיבית בסיסית. ב-2002 הוענק פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לסידני ברנר, רוברט הורביץ וג'ון סלסטון על עבודתם בנושא מנגנון המוות התאי המתוכנן ב-C. elegans. ב-2006 הוענק פרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לאנדרו פייר וקרייג מלו על עבודתם בנושא מנגנון ה-RNAi ב-C. elegans. ב-2008 הוענק פרס נובל לכימיה לאוסאמו שיממורה, מרטין צ'לפי ורוג'ר טסיין על עבודתם בגילוי ופיתוח של GFP. מרטין צ'לפי הדגים את השימוש ב-GFP בבעל חיים חי בעזרת C. elegans. ביולוגיה התפתחותית אבולוציונית Caenorhabditis elegans, באתר ITIS (באנגלית) Caenorhabditis elegans, באתר NCBI (באנגלית) Caenorhabditis elegans, באתר האנציקלופדיה של החיים (באנגלית) Caenorhabditis elegans, באתר GBIF (באנגלית) WormBase - מאגר גנטי של C. elegans openworm - סימולציה מלאה של החיה כולל הקונקטום Neuronal Wiring, www.wormatlas.org - מאגר מידע על הקונקטום ריצ'רד דוקינס, ההצגה הגדולה בתבל (ספר), עמ' 237-241 "WS275 Release Letter", WormBase List of human proteins in the Uniprot Human reference proteome