Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans
C. elegans สมบูรณ์เพศตัวเต็มวัย
การจำแนกชั้นทางวิทยาศาสตร์
อาณาจักร: Animalia
ไฟลัม: Nematoda
ชั้น: Secernentea
อันดับ: Rhabditida
วงศ์: Rhabditidae
สกุล: Caenorhabditis
สปีชีส์: C.  elegans
ชื่อทวินาม
Caenorhabditis elegans
Maupas, 1900[1]

Caenorhabditis elegans เป็นหนอนนีมาโทดาที่โปร่งใส มีความยาวประมาณ 1 มิลลิเมตร[2] C. elegans อาศัยอยู่ในดินในเขตอบอุ่น และเริ่มถูกใช้ในงานวิจัยทางด้านอณูชีววิทยาและชีววิทยาการเจริญ มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1974 โดย Sydney Brenner และถูกใช้เป็นแบบจำลองสิ่งมีชีวิตเรื่อยมาตั้งแต่นั้น[3]

ชีววิทยา

การเคลื่อนไหวของ C. elegans ไวลด์ไทป์
บันทึกวีดิทัศน์ของ C. elegans ไวลด์ไทป์สมบูรณ์เพศ

C. elegans เป็นสิ่งมีชีวิตที่ไม่มีปล้อง, ยาวเรียวคล้ายหนอน, และสมมาตรด้านข้าง โดยมีชั้นคิวติเคิลปกคลุมผิว มีสันตามยาวลำตัวเรียกว่าอีพิเดอร์มาลคอร์ด 4 เส้น และมีช่องที่เต็มไปด้วยของเหลว

สิ่งมีชีวิตในสปีชีส์ C. elegans มีระบบอวัยวะต่าง ๆ เหมือนกับสัตว์อื่นในธรรมชาติ C. elegans จะกินแบคทีเรียที่ทำให้ผักเน่าเสียเป็นอาหาร C. elegans มีทั้งที่มี 2 เพศในตัวเดียวกัน (hermaphrodite) และเป็นตัวผู้[4] โดยประชากรเกือบทั้งหมดจะเป็นสมบูรณ์เพศ โดยจะมีตัวผู้อยู่ประมาณแค่ 0.05% โดยเฉลี่ย พื้นฐานทางสรีรวิทยาของ C. elegans จะมี ปาก, คอหอย, ลำไส้, ต่อมบ่งเพศ, และ ผิวนอกที่เป็นคอลลาเจน ตัวผู้จะมีต่อมบ่งเพศซีกเดี่ยว (single-lobed gonad), ท่อนำสเปิร์ม (vas deferens) และหางพิเศษสำหรับการผสมพันธุ์ สมบูรณ์เพศมี 2 รังไข่, ท่อรังไข่, spermatheca, และมดลูกหนึ่งอัน สมบูรณ์เพศจะออกลูกเป็นไข่ หลังจากไข่ฟักเป็นตัวแล้ว C. elegans จะเป็นตัวอ่อนโดยพัฒนาผ่าน 4 ระยะ (L1–L4) ถ้าเกิดภาวะอาหารขาดแคลนขึ้นขณะเป็นตัวอ่อน C. elegans สามารถพัฒนาเข้าสู่ระยะที่สามแบบพิเศษที่เรียกว่าสถานะ dauer โดยตัวอ่อนในสถานะ dauer นี้จะมีความต้านทานต่อความเครียด (จากภาวะแวดล้อม )และจะไม่แก่ขึ้น สมบูรณ์เพศจะผลิตสเปิร์มขึ้นมาในระยะที่ 4 (สเปิร์ม 150 ตัวต่อ gonadal arm) และจากนั้นจะเปลี่ยนไปสร้างเซลล์ไข่ (oocyte) แทน สเปิร์มจะถูกเก็บในต่อมบ่งเพศบริเวณเดียวกับเซลล์ไข่ จนกระทั่งเซลล์ไข่ดันสเปิร์มเข้าไปสู่ท่อรังไข่ ซึ่งเป็นเสมือนห้องที่เซลล์ไข่ถูกผสมโดยสเปิร์ม[5] C. elegans ตัวผู้สามารถที่จะผสมกับสมบูรณ์เพศได้ สมบูรณ์เพศสามารถใช้สเปิร์มจากทั้งที่ผลิตมาเองและได้จากตัวผู้ได้ สเปิร์มทั้งสองชนิดจะถูกเก็บอยู่ในท่อรังไข่เหมือนกัน โดยถ้าใช้สเปิร์มที่ผลิตเอง C. elegans ที่เป็นไวลด์ไทป์ (หรือชนิดที่ไม่มีการกลายพันธุ์) จะวางไข่ประมาณ 300 ฟอง ถ้าใช้สเปิร์มที่ได้รับจากตัวผู้ C. elegans สามารถจะวางไข่ได้มากกว่า 1,000 ฟอง ที่อุณหภูมิ 20 °C, C. elegans สายพันธุ์ห้องทดลองจะมีอายุขัยโดยเฉลี่ยราว ๆ 2–3 สัปดาห์ และมีระยะเวลาของชั่วอายุ (generation time) ประมาณ 4 วัน

C. elegans มี ออโตโซม 5 คู่ และ โครโมโซมเพศ 1 คู่ เพศของ C. elegans จะขึ้นกับ X0 sex-determination system สมบูรณ์เพศ C. elegans จะมีคู่ของโครโมโซมเพศ (XX) C. elegans ตัวผู้ที่เป็นส่วนน้อยของประชากรจะมี โครโมโซมเพศตัวเดียว (X0) สเปิร์มของ C. elegans จะคล้ายอะมีบา (ไม่มี แฟลกเจลลา หรือ อะโครโซม)

ภาพตัดขวางตามยาวของ C. elegans สมบูรณ์เพศ

นิเวศวิทยา

สปีชีส์ต่าง ๆ ในสกุล Caenorhabditis จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีสารอาหารและแบคทีเรียที่หลากหลาย เนื่องจากว่าในดินไม่มีสารอินทรีย์ที่เพียงพอทำให้ประชากรของสกุล Caenorhabditis ไม่ยั่งยืนได้ด้วยตนเอง C. elegans สามารถอยู่ได้ด้วยการกินแบคทีเรียหลาย ๆ ชนิด (แต่ไม่ใช่ทุกชนิดของแบคทีเรีย) แต่เรื่องสภาพนิเวศตามธรรมชาติของ C. elegans มีอีกมากที่ยังไม่ทราบ

สายพันธุ์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในห้องทดลองจะพบจากสภาพแวดล้อมที่ถูกมนุษย์ดัดแปลงแล้ว เช่น ในสวน หรือกองปุ๋ยหมัก อย่างไรก็ตาม C. elegans สามารถพบได้ในสารอินทรีย์ที่กำลังเน่าโดยเฉพาะผลไม้ที่กำลังเน่าเสีย[6] ตัวอ่อนในสถานะ dauer ของ C. elegans อาจถูกเคลื่อนย้ายได้โดยพวกสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (เช่น กิ้งกือ, แมลง, ไร และ ทาก) และเมื่อ ตัวอ่อนในสถานะ dauer เข้าไปอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมมันก็จะเปลี่ยนสถานะออกจากสถานะ dauer ได้ เช่นในห้องทดลองมันจะเปลี่ยนออกมากินพาหะไม่มีกระดูกสันหลังของมันที่ตายลง[7]

สัตว์พวกนีมาโทดมีความสามารถในการทนกับสภาพแห้งแล้งจัด (desiccation) ได้ และ C. elegans ก็มีกลไกสำหรับความสามารถนี้ด้วยโดยได้ถูกสาธิตว่าคือ โปรตีน Late Embryogenesis Abundant (LEA)[8]

การใช้ในการทดลอง

C. elegans ถูกใช้ศึกษาเป็นแบบจำลองของสิ่งมีชีวิตจากหลาย ๆ เหตุผลด้วยกันคือ มันเป็นยูแคริโอตหลายเซลล์ที่ง่ายพอที่จะใช้ศึกษาอย่างละเอียด, สายพันธุ์ของ C. elegans มีต้นทุนที่ถูกในการผสมและขยายพันธุ์ และก็สามารถถูกแช่แข็งได้ โดยเมื่อละลายแล้วมันก็ยังใช้งานได้อยู่ ทำให้การเก็บไว้ใช้งานระยะยาวทำได้ง่าย

นอกจากนั้น C. elegans ยังโปร่งใส ช่วยให้การศึกษาเกี่ยวกับการแยกแยะความแตกต่างภายในเซลล์และกระบวนการพัฒนาการอื่น ๆ สามารถทำได้ง่าย การพัฒนาของโซมาติกเซลล์ ทุก ๆ เซลล์ (959 เซลล์ในตัวเต็มวัยสมบูรณ์เพศ; 1,031 เซลล์ในตัวผู้เต็มวัย) ได้ถูกศึกษาแล้วโดยละเอียด[9][10]

C. elegans ไวลด์ไทป์สมบูรณ์เพศย้อมด้วยสีเรืองแสง Texas Red เพื่อเน้นนิวเคลียสของเซลล์ทั้งหมด

และ C. elegans ก็ยังเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนน้อยที่สุดที่มีระบบประสาท โดยสมบูรณ์เพศมีเซลล์ประสาท 302 เซลล์[11] ที่มีรูปแบบการเชื่อมต่อหรือ "connectome" ที่ถูกวางผังอย่างสมบูรณ์และมีลักษณะเป็นเครือข่ายในขนาดเล็ก[12] มีงานวิจัยที่ศึกษากลไกของระบบประสาทที่เกี่ยวกับพฤติกรรมต่าง ๆ ของ C. elegans เช่น chemotaxis, thermotaxis, mechanotransduction, และการจับคู่ของตัวผู้

คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์อย่างหนึ่งของ C. elegans ก็คือ มันค่อนข้างจะตรงไปตรงมาในการที่จะรบกวนการทำงานเฉพาะของแต่ละยีนโดย RNA interference (RNAi) การปิดการทำงานของยีนในลักษณะนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถอนุมานหน้าที่ของยีนแต่ละตัวได้

C. elegans ยังมีประโยชน์ในการศักษาเกี่ยวกับกระบวนการไมโอซิสอีกด้วย ระหว่างที่สเปิร์มและไข่เคลื่อนที่ลงตามความยาวของต่อมบ่งเพศ มันก็จะผ่านพัฒนาการตามระยะเวลาของกระบวนการไมโอซิส ซึ่งการระบุตำแหน่งของนิวเคลียสในต่อมบ่งเพศก็สามารถใช้ประมาณกับระยะของกระบวนการไมโอซิสได้

C. elegans ก็ยังถูกใช้เป็นต้นแบบสำหรับกลไกการติดนิโคตินได้ด้วย เพราะว่า C. elegans มีพฤติกรรมตอบสนองกับนิโคตินที่คล้ายกับพฤติกรรมที่สังเกตได้ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม[13]

จีโนม

C. elegans เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ชนิดแรกที่จีโนมของมันถูกถอดรหัสออกมาอย่างสมบูรณ์ รหัสพันธุ์กรรมของ C. elegans ถูกตีพิมพ์เผยแพร่ในปี ค.ศ. 1998 [14] โดยที่มีช่องว่างอยู่บ้าง ซึ่งช่องว่างสุดท้ายได้ถูกแก้ไขเสร็จสิ้นในเดือนตุลาคม ค.ศ. 2002 สมบูรณ์เพศตัวเต็มวัยมี 959 นิวเคลียสร่างกาย (somatic nuclei) ความหนาแน่นของยีนคือประมาณ 1 ยีน / 5 kb โดยมีอินทรอน อยู่ 26% ของจีโนม รหัสจีโนมของ C. elegans มีความยาวประมาณ 100 ล้านคู่เบส และบรรจุยีนที่เก็บรหัสด้วยโปรตีนอยู่ประมาณ 20,100 ยีน[15] จำนวนยีน RNA ของ C. elegans เชื่อว่ามีมากกว่า 16,000 ยีน RNA[16]

จีโนมอย่างเป็นทางการของ C. elegans ถูกแก้ไขอยู่เรื่อย ๆ เมื่อมีการค้นพบใหม่ หรือการพบข้อบกพร่องในการศึกษาก่อนหน้า เช่น the WS169 release ของ WormBase (ธันวาคม ค.ศ. 2006) รายงานการเพิ่มคู่เบสขึ้นมา 6 คู่ในจีโนม[17] มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในบางครั้ง เช่นใน WS159 ที่เผยแพร่เมื่อเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2006 ซึ่งเพิ่มลำดับมากกว่า 300 คู่เบส[17]

วิวัฒนาการ

ในปี ค.ศ. 2000 มีรายงานการศึกษาที่พบว่า ฟองน้ำทะเลมีกลุ่มของโปรตีนที่คล้ายกับของมนุษย์มากกว่าของ C. elegans[18] ซึ่งอาจบอกได้ว่า บรรพบุรุษของ C. elegans ได้มีอัตราการวิวัฒนาการที่รวดเร็ว ในรายงานยังระบุว่า C. elegans ไม่มียีนโบราณหลายชนิด

ประเด็นข่าว

C. elegans ได้ตกเป็นข่าวเมื่อพบว่ามันสามารถรอดชีวิตได้จากโศกนาฏกรรมกระสวยอวกาศโคลัมเบีย ในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 2003[19] ต่อจากนั้นเดือนมกราคม ค.ศ. 2009, C. elegans ถูกส่งไปอยู่ในสถานีอวกาศนานาชาติ 2 สัปดาห์เพื่อศึกษาถึงผลของสภาพไร้น้ำหนักต่อพัฒนาการของกล้ามเนื้อ โดยการศึกษาจะเน้นเกี่ยวกับด้านพันธุกรรมของการฝ่อตัวของกล้ามเนื้อ ซึ่งผลการศึกษาจะนำไปประยุกต์ใช้กับการท่องเที่ยวอวกาศ และรวมถึงผู้ป่วยนอนติดเตียง เวชศาสตร์ผู้สูงอายุ และผู้ป่วยโรคเบาหวาน[20]

อ้างอิง

  1. ↑ Maupas, Émile (1900). "Modes et formes de reproduction des nematodes". Archives de Zoologie Expérimentale et Générale. 8: 463–624. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 3 มิถุนายน 2009. สืบค้นเมื่อ 27 พฤษภาคม 2009.
  2. ↑ Wood, William Barry (1988). "Chapter 1: Introduction to C. elegans Bioloogy". ใน Wood, William Barry (บ.ก.). The Nematode Caenorhabditis elegans. Cold Spring Harbor Laboratory Press. p. 1. ISBN 0-87969-433-5. สืบค้นเมื่อ 13 ธันวาคม 2009.
  3. ↑ Brenner, S. (พฤษภาคม 1974). "The Genetics of Caenorhabditis elegans" (PDF). Genetics. 77: 71–94. PMID 4366476. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 5 กรกฎาคม 2007. สืบค้นเมื่อ 4 พฤษภาคม 2011.
  4. ↑ Alberts, Bruce et alibi (16 พฤศจิกายน 2007). Molecular Biology of the Cell. Garland Science, 5th edition. Chapter 22, page 1321. ISBN 978-0815341055.
  5. ↑ Nayak, S; Goree, J; Schedl, T (มกราคม 2004). "fog-2 and the Evolution of Self-Fertile Hermaphroditism in Caenorhabditis". PLoS Biology. 3 (1): e6. doi:10.1371/journal.pbio.0030006. ISSN 1544-9173. PMC 539060. PMID 15630478.
  6. ↑ Félix, MA, M; Braendle C, C (พฤศจิกายน 2010). "The natural history of Caenorhabditis elegans". Current Biology. 20 (22): R965–R969. doi:10.1016/j.cub.2010.09.050. PMID 21093785.
  7. ↑ Kiontke, K; Sudhaus, W (มกราคม 2006). "Ecology of Caenorhabditis species". WormBook : the online review of C. Elegans biology: 1–14. doi:10.1895/wormbook.1.37.1. PMID 18050464.
  8. ↑ Gal TZ, Glazer I, Koltai H (2004). "An LEA group 3 family member is involved in survival of C. elegans during exposure to stress". FEBS Letters. 577 (1–2): 21–26. doi:10.1016/j.febslet.2004.09.049. PMID 15527756.
  9. ↑ Sulston JE, Horvitz HR (มีนาคม 1977). "Post-embryonic cell lineages of the nematode, Caenorhabditis elegans". Dev. Biol. 56 (1): 110–56. doi:10.1016/0012-1606(77)90158-0. PMID 838129.
  10. ↑ Kimble J, Hirsh D (มิถุนายน 1979). "The postembryonic cell lineages of the hermaphrodite and male gonads in Caenorhabditis elegans". Dev. Biol. 70 (2): 396–417. doi:10.1016/0012-1606(79)90035-6. PMID 478167.
  11. ↑ Kosinski, R. A.; M. Zaremba (2007). "Dynamics of the Model of the Caenorhabditis elegans Neural Network" (PDF). Acta Physica Polonica B. 38 (6): 2202. สืบค้นเมื่อ 31 กรกฎาคม 2009.
  12. ↑ Watts, DJ; Strogatz, SH (มิถุนายน 1998). "Collective dynamics of 'small-world' networks". Nature. 393 (6684): 440–442. doi:10.1038/30918. ISSN 0028-0836. PMID 9623998.
  13. ↑ Feng, Z; Li, W; Ward, A; Piggott, BJ; Larkspur, ER; Sternberg, PW; Xu, XZ; และคณะ (พฤศจิกายน 2006). "A C. elegans model of nicotine-dependent behavior: regulation by TRP-family channels" (PDF). Cell. 127 (3): 621–633. doi:10.1016/j.cell.2006.09.035. ISSN 0092-8674. PMC 2859215. PMID 17081982.
  14. ↑ The C. elegans Sequencing Consortium (ธันวาคม 1998). "Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology". Science. 282 (5396): 2012–2018. doi:10.1126/science.282.5396.2012. ISSN 0036-8075. PMID 9851916.
  15. ↑ "WS205 Release Letter". WormBaseWiki. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 28 พฤศจิกายน 2013. สืบค้นเมื่อ 13 ธันวาคม 2009.
  16. ↑ Shawn L. Stricklin; Sam Griffiths-Jones; Sean R. Eddy. "C. elegans noncoding RNA genes*". WormBook.
  17. ↑ 17.0 17.1 "WormBaseWiki WS169 release notes". Wormbase. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 26 กุมภาพันธ์ 2012. สืบค้นเมื่อ 21 กุมภาพันธ์ 2007.
  18. ↑ Gamulin, V; Muller, Isabel M.; Muller, Werner E.G. (ธันวาคม 2000). "Sponge proteins are more similar to those of Homo sapiens than to Caenorhabditis elegans". Biological Journal of the Linnean Society. Academic Press. 71 (4): 821–828. doi:10.1111/j.1095-8312.2000.tb01293.x.
  19. ↑ "Worms survived Columbia disaster". BBC News. 1 พฤษภาคม 2003. สืบค้นเมื่อ 11 กรกฎาคม 2008.
  20. ↑ "University sends worms into space". BBC News. 17 มกราคม 2009. สืบค้นเมื่อ 9 กรกฎาคม 2009.

งานตีพิมพ์

แหล่งข้อมูลอื่น

การบรรยายโนเบล

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ Caenorhabditis elegans


Stub icon

บทความชีววิทยานี้ยังเป็นโครง คุณสามารถช่วยวิกิพีเดียได้โดยการเพิ่มเติมข้อมูล

Strategi Solo vs Squad di Free Fire: Cara Menang Mudah!