Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans เป็นหนอนนีมาโทดาที่โปร่งใส มีความยาวประมาณ 1 มิลลิเมตร "C. elegans" อาศัยอยู่ในดินในเขตอบอุ่น และเริ่มถูกใช้ในงานวิจัยทางด้านอณูชีววิทยาและชีววิทยาการเจริญ มาตั้งแต่ ปีค.ศ. 1974 โดย Sydney Brenner และก็ถูกใช้เป็นแบบจำลองสิ่งมีชีวิตเรื่อยมาตั้งแต่นั้น

"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 ซึ่งเป็นเสมือนห้องที่เซลล์ไข่ถูกผสมโดยสเปิร์ม
"C. 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)

"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.

"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

"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.

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

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