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模式生物--秀丽线虫

作者:生命科学事业部时间:2019-11-08 13:43:04浏览86 次

信息摘要:

线虫它十分简单,在土中生活,以细菌为食,但是它又足够复杂,生物学研究人员能在它身上能发现不少适用于人类健康的见解。秀丽隐杆线虫是个被完成基因组测序的多细胞模式生物,除了人类以外,被送入太空的线虫数量也远超任何其他动物。

1963年,一位名叫悉尼·布伦纳(Sydney Brenner)的南非生物学家凭借他的直觉开始研究一种名叫秀丽线虫(Caenorhabditis Elegans)的生物。线虫被证明是完美的实验室生物。它十分简单,在土中生活,以细菌为食,但是它又足够复杂,生物学研究人员能在它身上能发现不少适用于人类健康的见解。秀丽隐杆线虫是个被完成基因组测序的多细胞模式生物,除了人类以外,被送入太空的线虫数量也远超任何其他动物。

2002年,布伦纳与罗伯特·霍维茨(Robert Horvitz)和约翰·苏尔斯顿(John Sulston)一起,获得了诺贝尔生理学或医学奖,他们的研究描述了细胞是如何为了整体发育而故意自杀(凋亡)。这个过程也发生在人类细胞上——最例子就是人类的指尖皮肤细胞的凋亡,否则我们的指尖会形成蹼,粘连在一起。研究正常的细胞凋亡有助于科学家理解癌症——这种细胞在不应该生长和分裂的时候,却继续生长和分裂导致的疾病。

秀丽线虫发出的GFP荧光

秀丽线虫在GFP激发光源照射下发出的GFP荧光

布伦纳最初的预感陆续得到印证。目前对线虫的研究,有助于我们了解大脑是如何工作,以及人类是如何衰老的。Eugene Lee是麻省理工学院霍维茨实验室(Horvitz Laboratory)的研究生,他用秀丽隐杆线虫来描述神经细胞如何协同工作,从而产生复杂的行为和意识。这期间,他夜以继日,用显微镜观察这个奇异的微观世界,在线虫的世界中,它轻拂的尾部或者一片不寻常的发光细胞可能恰正是下一个关键突破。在细胞中表达荧光蛋白的一株秀丽隐杆线虫。

秀丽线虫在GFP激发光源照射下发出的GFP荧光

秀丽线虫在GFP激发光源照射下发出的GFP荧光

在细胞中表达荧光蛋白的秀丽线虫菌株。荧光小点表明蛋白质集中在细胞核中。科学家已经通过基因编辑工程改造秀丽隐杆线虫虫株来生产荧光蛋白。荧光模式有助于研究人员了解细胞和线虫对压力环境的反应。

大多数秀丽隐杆线虫是雌雄同体,同时拥有雌性和雄性器官。雄性的数量很少,没有雌性的线虫。在其生命周期中,典型的雌雄同体线虫会产卵约300枚。用高速摄像机拍摄的静止图像。线虫被放置在玻璃珠子和细菌的混合物中,可以观察进食行为。-Eugene Lee/MIT

科学家正在研究线虫神经系统来解释动物行为。了解线虫如何以及为什么会对某些刺激做出反应,比如在强光下产卵,这些很棘手的问题。“我试着去把自己想象成一只线虫,”Eugene Lee表示,“我们在实验室里一直是这样做的。"


因为线虫很容易大量繁殖,因此可以用于药物筛选——科学家们通过大量实验测试线虫对数百种不同化学物质的反应。上图说明线虫暴露在百忧解下身体会变硬。

秀丽线虫在GFP激发光源照射下发出的GFP荧光

秀丽线虫在GFP激发光源照射下发出的GFP荧光

研究人员对线虫有着复杂的情感,崇敬、亲密,执着。几十年来,科学家已经鉴定并绘制了所有959个成年雌雄同体细胞和1031个成年雄性细胞的发育图。布伦纳称秀丽隐杆线虫为“大自然馈赠给科学的礼物”。

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