caenorhabditis elegans คืออะไร

Caenorhabditis elegans เป็นหนอนนีมาโทดาที่โปร่งใส มีความยาวประมาณ 1 มิลลิเมตร¹ C. elegans อาศัยอยู่ในดินในเขตอบอุ่น และเริ่มถูกใช้ในงานวิจัยทางด้านอณูชีววิทยาและชีววิทยาการเจริญ มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1974 โดย Sydney Brenner และถูกใช้เป็นแบบจำลองสิ่งมีชีวิตเรื่อยมาตั้งแต่นั้น²

ชีววิทยา

thumb|left|การเคลื่อนไหวของ C. elegans ไวลด์ไทป์ right|thumb|200px|บันทึกวีดิทัศน์ของ C. elegans สมบูรณ์เพศ 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) และเป็นตัวผู้³ 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 ซึ่งเป็นเสมือนห้องที่เซลล์ไข่ถูกผสมโดยสเปิร์ม⁴ 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)

center|thumb|500px|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 สามารถพบได้ในสารอินทรีย์ที่กำลังเน่าโดยเฉพาะผลไม้ที่กำลังเน่าเสีย⁵ ตัวอ่อนในสถานะ dauer ของ C. elegans อาจถูกเคลื่อนย้ายได้โดยพวกสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (เช่น กิ้งกือ, แมลง, ไร และ ทาก) และเมื่อ ตัวอ่อนในสถานะ dauer เข้าไปอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมมันก็จะเปลี่ยนสถานะออกจากสถานะ dauer ได้ เช่นในห้องทดลองมันจะเปลี่ยนออกมากินพาหะไม่มีกระดูกสันหลังของมันที่ตายลง⁶

สัตว์พวกนีมาโทดมีความสามารถในการทนกับสภาพแห้งแล้งจัด (desiccation) ได้ และ C. elegans ก็มีกลไกสำหรับความสามารถนี้ด้วยโดยได้ถูกสาธิตว่าคือ โปรตีน Late Embryogenesis Abundant (LEA)⁷

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) ได้ถูกศึกษาแล้วโดยละเอียด⁸⁹

[250px|thumb|right|C. elegans ไวลด์ไทป์สมบูรณ์เพศย้อมด้วยสีเรืองแสง Texas Red เพื่อเน้นนิวเคลียสของเซลล์ทั้งหมด](ไฟล์:C_elegans_stained.jpg "wikilink")

และ C. elegans ก็ยังเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนน้อยที่สุดที่มีระบบประสาท โดยสมบูรณ์เพศมีเซลล์ประสาท 302 เซลล์¹⁰ ที่มีรูปแบบการเชื่อมต่อหรือ "connectome" ที่ถูกวางผังอย่างสมบูรณ์และมีลักษณะเป็นเครือข่ายในขนาดเล็ก¹¹ 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 มีพฤติกรรมตอบสนองกับนิโคตินที่คล้ายกับพฤติกรรมที่สังเกตได้ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม¹²

จีโนม

C. elegans เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ชนิดแรกที่จีโนมของมันถูกถอดรหัสออกมาอย่างสมบูรณ์ รหัสพันธุ์กรรมของ C. elegans ถูกตีพิมพ์เผยแพร่ในปี ค.ศ. 1998 ¹³ 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 และบรรจุยีนที่เก็บรหัสด้���ยโปรตีนอยู่ประมาณ 20,100 ยีน¹⁴ จำนวนยีน RNA ของ C. elegans เชื่อว่ามีมากกว่า 16,000 ยีน RNA¹⁵

จีโนมอย่างเป็นทางการของ C. elegans ถูกแก้ไขอยู่เรื่อย ๆ เมื่อมีการค้นพบใหม่ หรือการพบข้อบกพร่องในการศึกษาก่อนหน้า เช่น the WS169 release ของ WormBase (ธันวาคม ค.ศ. 2006) รายงานการเพิ่มคู่เบสขึ้นมา 6 คู่ในจีโนม¹⁶ มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในบางครั้ง เช่นใน WS159 ที่เผยแพร่เมื่อเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2006 ซึ่งเพิ่มลำดับมากกว่า 300 คู่เบส¹⁷

วิวัฒนาการ

ในปี ค.ศ. 2000 มีรายงานการศึกษาที่พบว่า ฟองน้ำทะเลมีกลุ่มของโปรตีนที่คล้ายกับของมนุษย์มากกว่าของ C. elegans¹⁸ ซึ่งอาจบอกได้ว่า บรรพบุรุษของ C. elegans ได้มีอัตราการวิวัฒนาการที่รวดเร็ว ในรายงานยังระบุว่า C. elegans ไม่มียีนโบราณหลายชนิด

ประเด็นข่าว

C. elegans ได้ตกเป็นข่าวเมื่อพบว่ามันสามารถรอดชีวิตได้จากโศกนาฏกรรมกระสวยอวกาศโคลัมเบีย ในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 2003¹⁹ ต่อจากนั้นเดือนมกราคม ค.ศ. 2009, C. elegans ถูกส่งไปอยู่ในสถานีอวกาศนานาชาติ 2 สัปดาห์เพื่อศึกษาถึงผลของสภาพไร้น้ำหนักต่อพัฒนาการของกล้ามเนื้อ โดยการศึกษาจะเน้นเกี่ยวกับด้านพันธุกรรมของการฝ่อตัวของกล้ามเนื้อ ซึ่งผลการศึกษาจะนำไปประยุกต์ใช้กับการท่องเที่ยวอวกาศ และรวมถึงผู้ป่วยนอนติดเตียง เวชศาสตร์ผู้สูงอายุ และผู้ป่วยโรคเบาหวาน²⁰

อ้างอิง

งานตีพิมพ์

แหล่งข้อมูลอื่น

• WormBase - an extensive online database covering the biology and genomics of C. elegans and other nematodes
• WormBook - a free online compendium of all aspects of C. elegans biology, including laboratory protocols
• Wormatlas - an online database for behavioral and structural anatomy of C. elegans
• 3D digital atlas of C. elegans - a 3D digital atlas at the single nucleus resolution with searching functions, quantitative analysis and 3D visualization tool for the structural anatomy of C. elegans
• Wellcome Trust Sanger Institute C. elegans page - half of the genome sequence is maintained by this institute
• WashU Genome Sequencing Center C. elegans page
  • the institute maintaining the other half of the genome
• AceView WormGenes - another genome database for C. elegans, maintained at the NCBI
• TCNJ Worm Lab - Easy to follow protocols and pictures for C. elegans research. Made by undergrads for undergrads.
• Worm Classroom - An education portal for C. elegans
• Textpresso - WormBase search engine
• C. elegans movies - Timelapse films made by C. elegans researchers worldwide
• [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=ce2.TOC C. elegans II] - a free online textbook.
• Silencing Genomes RNA interference (RNAi) experiments and bioinformatics in C. elegans for education. From the Dolan DNA Learning Center of Cold Spring Harbor Laboratory.
• C.elegans 3D model by the Ewbank Lab - Videos and photos that explain the basic anatomy of C. elegans
• WormTracker
• WormWeb.org: Interactive Visualization of the C. elegans Neural Network - Connectivity between all 302 neurons, including a feature to search and find the shortest path between any 2 neurons
• C. elegans protein abundance
• Nematodes With a Craving for Nicotine

การบรรยายโนเบล

• Brenner S (2002) Nature's Gift to Science. In
• Horvitz HR (2002) Worms, Life and Death. In
• Sulston JE (2002) The Cell Lineage and Beyond. In

แหล่งที่มาดั้งเดิม: ${vars.title} แบ่งปันกับ ใบอนุญาต Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0

Footnotes

1. ↩
2. ↩

3. Alberts, Bruce et alibi (16 พฤศจิกายน 2007). Molecular Biology of the Cell. Garland Science, 5th edition. Chapter 22, page 1321. . ↩

4. ↩
5. ↩
6. ↩
7. ↩
8. ↩
9. ↩
10. ↩
11. ↩
12. ↩
13. ↩
14. ↩
15. ↩
16. ↩
17. ↩
18. ↩
19. ↩
20. ↩

หมวดหมู่