Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans (C. elegans) היא נמטודה, תולעת עגולה, באורך כ-1 מ"מ. היא חיה באדמה בטמפרטורות פושרות וניזונה מחיידקים כגון E. coli. התולעת משמשת כאורגניזם מודל מרכזי בגנטיקה ובביולוגיה ההתפתחותית מאז שנות ה-60, כאשר סידני ברנר החל לחקור אותה.

C. elegans היא הרמאפרודיטית, כלומר יש לה תכונות זכר ונקבה והיא יכולה להפרות את עצמה. הרבייה מהירה ואורך החיים כשלושה שבועות.

התולעת קלה וזולה לגידול במעבדה, ולכן מתאימה לחקירה של התמיינות תאים, איך תאים שונים נוצרים מעובר אחד. בשלב העוברי יש לתולעת בדיוק 558 תאים שמתווספים עד ל-959 תאים בסוף המיפוי, מתוך כ-1,090 תאים במקור ש-131 מהם מתים בתהליך של מוות תאי מתוכנן (אפופטוזה).

לחוקרים יש מיפוי מלא של אילן היוחסין התאי: כל חלוקת תא בתיעוד מדויק. שישה תאים מייסדים זוהו בשם C, D, E, MS, AB ו-P4. לכל תא יש שם שמתאר את סדר החלוקות שהובילו אליו. האותיות a, p, d, v, l ו-r מציינות כיוונים בגוף (קדמי, אחורי, גבי, בטני, שמאל וימין). דוגמה: Cappppv מציין תא שריר שנגזר מאילן ספציפי.

החלוקה הא-סימטרית של תאים משמעותית: כאשר תא מתחלק לא-סימטרית, הבתים מקבלים סביבה שונה. השינויים בסביבה גורמים להפעלת גנים שונים, ומובילים לסוגי תאים שונים למרות שכל התאים חולקים אותו חומר גנטי. בעופות וביונקים התהליך פחות דטרמיניסטי, אך העיקרון הבסיסי דומה.

C. elegans היה האורגניזם הרב-תאי הראשון שהגנום שלו רוצף בשלמותו. ריצוף הגנום פורסם ברובו ב-1998 והושלם ב-2002. אורך הגנום כ-100 מיליון זוגות בסיסים, כ-3% מאורך הגנום האנושי, והוא מחולק ל-6 כרומוזומים (כולל כרומוזומי מין). בתולעת יש כ-20,000 גנים שמקודדים לחלבונים, מספר דומה לזה שבאדם.

לתולעת מערכת עצבים פשוטה יחסית: כ-302 תאי עצב. ל-C. elegans קיימת מפת חיבורים מלאה בין הנוירונים (קונקטום). היא מפגינה התנהגויות כמו כמוטקסיס, תנועה לכיוון כימיקל, ותרמוטקסיס, תנועה לכיוון חום, ויש לה גם יכולת למידה אסוציאטיבית בסיסית.

מספר חוקרים קיבלו פרסי נובל על עבודות שנעשו בעזרת C. elegans. ב-2002 הוענק פרס נובל לסידני ברנר, רוברט הורביץ וג'ון סלסטון על מחקר המוות התאי המתוכנן. ב-2006 הוענק פרס נובל על עבודת ה-RNAi, וב-2008 הוענק פרס נובל על פיתוח ה-GFP, שנעשה שימוש בו גם ב-C. elegans.

C. elegans היא תולעת קטנה מאוד. היא באורך כשמינית עד רבע של ס"מ, בערך 1 מ"מ. היא חיה באדמה חמה-קצת. היא אוכלת חיידקים כמו E. coli.

התולעת היא הרמאפרודיטית. זה אומר שיש לה תכונות של זכר ושל נקבה. היא יכולה להפרות את עצמה. היא מתרבה מהר וחיה כשלושה שבועות.

מדענים אוהבים ללמוד אותה כי היא קטנה וזולה לגדל במעבדה. יש לה מספר תאים קבוע שמפתחים בצורה ידועה. בעובר יש לה 558 תאים, ולבסוף 959 תאים חיים. חלק מהתאים מתים בתהליך מתוכנן שנקרא מוות תאי.

חוקרים מצאו שישה תאים ראשונים שממנו נוצרת כל שארית התולעת. לכל תא יש שם שמראה איך הוא נוצר. האותיות בשם אומרות כיוונים בגוף: a קדמי, p אחורי, d גבי, v בטני, l שמאל, r ימין. כך אפשר לעקוב אחרי התפתחות התאים.

התולעת הייתה הראשונה מבעלי החיים הרב-תאיים שהמדענים קראו את כל ה-DNA שלה. זה קרוי ריצוף גנום. זה קרה בעיקר ב-1998 והושלם ב-2002. הגנום קטן ביחס לאדם ויש לו שישה כרומוזומים.

ל-C. elegans יש מערכת עצבים פשוטה. היא כוללת כ-302 תאי עצב. יש לה מפה של החיבורים בין הנוירונים. היא יכולה לזוז לכימיקלים (כמוטקסיס) ולחום (תרמוטקסיס). היא גם יכולה ללמוד דברים פשוטים.

מדענים שקראו ועבדו על התולעת קיבלו פרסי נובל. ב-2002, 2006 ו-2008 הוענקו פרסים על עבודות שקשורות למחקרים ב-C. elegans ובשיטות שעזרו ללמוד אותה.