C. elegans как объект биологических исследований
Когда генетики поняли, что основные закономерности биологии прокариот установлены в работах на E.coli, биологии эукариот - на дрожжах Saccharomyces cerevisiae , следующей и последней заманчивой целью стали многоклеточные животные. Генетики стали искать животное, которое легко культивировать, с быстрым развитием, такое, на котором можно адаптировать и применить мощные методики, используемые в микробиологической генетике. Избранный ими организм - маленькая (около 0,5 мм в длину) свободно живущая нематода Caenorhabditis elegans. За более чем 40 лет интенсивных исследований, раскрыты секреты ее генетики, физиологии, анатомии и поведения. Известно точное количество нервных клеток в ее нервной системе (302), синаптическая структура нервной системы, а каждый из ее нейронов полностью изучен электронно-микроскопически; геном полностью изучен в 1998 году.
Длина взрослой особи Caenorhabditis elegans около 1 мм, тело состоит примерно из 1000 соматических и 1000 - 2000 половых клеток. Общий план строения в основных чертах такой же, как и у большинства высших животных ( рис. 16-30 ): удлиненное тело обладает билатеральной симметрией и состоит из обычных тканей (нервы, мышцы, кишечник, кожа. Взрослые особи представлены двумя фомами - гермафродитами и самцами. При самооплодотворении в основном возникают гомозиготные потомки. Полный цикл развития составляет около 3 суток.
Генетический аппарат C.elegans так же очень простой: в 6 парах гомологичных хромосом содержится, по-видимому, около 3000 жизненно важных генов. Гаплоидный геном содержит 80 млн пар нуклеотидов (в 17 раз больше, чем у E.coli и в 38 раз меньше, чем у человека). С помощью мутационного анализа идентифицировано около 800 генов. Среди них гены, влияющие на форму и поведение червей, гены, кодирующие миозин и гены, контролирующие характер и направление развития ,гены гибели и долголетия. Получена библиотека генома в виде большого набора перекрывающихся фрагментов ДНК.
Тело нематоды прозрачно, поэтому можно прижизненно наблюдать деление, миграцию и дифференцировку клеток, а также описать генеалогические отношения и поведение всех клеток, начиная со стадии одноклеточного яйца и кончая взрослым животным.
Эти исследования показали, что соматические структуры животного образуются по одной неизменной генеалогической схеме. Каждое из множества клеточных делений происходит в строго определенное время.
Полное описание генеалогии C.elegans показало, что клетки каждого из дифференцированных типов, например, клетки гиподермы, нервные, мышечные и клетки гонад , происходят не от одной, а от нескольких клеток - "основательниц", которые возникли в независимых ветвях генеалогического древа ( рис. 16- 32 ). Следовательно, клетки, обладающие сходными признаками, не обязательно должны быть близкородственными. Напротив, близкородственными могут оказаться клетки, различающиеся по множеству признаков, так, у C.elegans некоторые нейроны являются сестринскими по отношению к мышечным клеткам. ( Edgar L.G., McGhee J.D., 1988 , Wilkins A.S., 1986 , Wood W.B. et al., 1988 , Kenyon C., 1985 , Sulston J.E., Horvitz H.R., 1977 , Sulston J.E. et al., 1983 .)
