線蟲

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線蟲(nematode),亦稱圓蟲(roundworm)。袋形動物門(Aschelminthes)線蟲綱(Nematoda)所有蠕蟲的通稱,不少學者為之另立為一門。系動物界中數量最豐者之一,寄生於動、植物,或自由生活於土壤、淡水和海水環境中,甚至在醋和啤酒這樣稀罕的地方亦可見到。已知約有13,000種,營寄生者由於多數具醫學、獸醫學或經濟重要性而被大量研究,營自由生活者則可能只有小部分被鑒定。線蟲屬兩側對稱,體長,通常兩端尖,並具透明隔腔(消化道體壁間充滿液體的體腔)。一般為雌雄異體,有些則為雌雄同體(即個體兼具雌雄生殖器官)。大小由肉眼不可見至長7公尺(約23呎)不等,最大者系在鯨體內發現的寄生型。營動物寄生者幾乎見於寄主所有器官,惟最常寄生於消化、循環與呼吸系統。部分種類以鉤蟲、後圓線蟲蟯蟲、糞類圓線蟲、鞭蟲與小線蟲等俗稱為人所熟知。線蟲且為絲蟲病蛔蟲病旋毛蟲病等種種疾病的根源。

線蟲種類繁多,為害家畜的線蟲分屬於桿形目、圓形目、蛔蟲目、尖尾目、旋尾目、絲蟲目、毛首目、膨結目和駝形目。其形態和生活史既有共同點又有某些區別。  

線蟲形態

通常呈乳白、淡黃或棕紅色。大小差別很大,小的不足1毫米,大的長達8米。多為雌雄異體,雌性較雄性的為大。蟲體一般呈線柱狀或圓柱狀,不分節,左右對稱。假體腔內有消化、生殖神經系統,較發達,但無呼吸和循環系統消化系統前端為口孔,肛門開口於蟲體尾端腹面。口囊和食道的大小、形狀以及交合刺的數目等均有鑒別意義。如桿形目蟲體的食道上具有食道球及前食道球,尖尾目的食道上只有食道球,而無前食道球。蛔蟲目食道簡單呈圓柱狀,頭端有唇3個。旋尾目食道常由前端的肌部與後端的腺部構成,頭端有偶數的唇(2、4、6或更多),雄蟲尾部呈螺旋狀旋曲。絲蟲目的食道亦常由肌部和腺部兩部分構成,無唇,陰戶在蟲體前端。圓形目的食道簡單或呈瓶狀,雄蟲尾端具有由肋狀物支撐的角質交合傘,往往有兩根等長的交合刺。毛首目往往區分為前後兩部,食道很長,呈串珠狀,雄體只有一根交合刺。膨結目的食道簡單,雄蟲具有肉質交合傘,無肋狀物支撐,只有 1根交合刺。駝形目具有單核的食道腺,無唇。在中國畜禽中已發現線蟲病原350餘種。其中常見的有:寄生在馬屬動物腸道的副蛔蟲圓形線蟲、尖尾線蟲、胃線蟲和皮下組織的副絲蟲;寄生在反芻動物真胃的血矛線蟲、腸道的仰口線蟲、食道口線蟲、毛首線蟲和氣管的網尾線蟲;寄生在豬腸道的蛔蟲、類圓形線蟲、旋毛線蟲、腎線蟲和氣管的後圓線蟲;寄生在禽類腸道的禽蛔蟲、異刺線蟲和腺胃的華首線蟲,以及寄生在犬腸道的弓首蛔蟲和腎臟的膨結線蟲等。

這裡所說的線蟲特指秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)是一種很小的蠕蟲。秀麗隱桿線蟲已經成為現代發育生物學、遺傳學和基因組學研究的重要模式材料.其成體長僅1mm ,全身透明, 以細菌為食,居住在土壤中,全身共有959個細胞,性別為雌雄同體或雄性。整個的生命周期僅3天。野生型線蟲胚胎髮育中細胞分裂和細胞系的形成具有高度的程序性,這樣就便於對其發育進行遺傳學分析。一個成體的蠕蟲僅由959個細胞組成。由一個受精卵發育成為成熟的成體只要二天多一點(25℃時需52小時)。從卵到成體每個細胞的命運以及它們沿著一定的程序,在特定時間的分裂和遷移都已搞得十分清楚。

C.elegans有很多有趣的特點,它是一個染色體數很少的二倍體,2n=12(有一對性染色體和5對常染色體),其基因組也很小,僅有8×107bp,約為人類基因組的3%,約有13,500個基因。在真核生物中基因都是產生單順反子mRNA,但唯有C.elegans與原核相似,有25%左右的基因產生多順反子mRNA(Polycistronic mRNA),此和它們通過反式剪接使下游基因的到表達有關。還有一個特點是其基因組中非重複序列很高,達到83%,而高等的真核生物都在50%以下,E.coli為100%,看來C.elegans在這些特點上都較接近原核生物,這也反映其在進化中的地位點較為原始。這種蠕蟲大部分是XX型,是可以自體受精的兩性體(hermaphrodites)大約每500個蠕蟲有1個是XO 型的雄體,此是染色體不分離的結果。

2002年諾貝爾生理學或醫學獎授予雪梨.布雷內等三人,他們獲獎的原因是在20世紀60年代初期正確選擇線蟲作為模式生物,發現器官發育和「程序性細胞死亡」過程中的基因規則。布雷內是分子生物學的奠基者之一,他在1965年第一次研究線蟲,直到1974年才發表第一篇有關論文,其中經歷了長達10年左右默默無聞的基礎工作時間。直到20世紀80年代後,線蟲研究才逐漸受到國際認可,目前一些國家的科學家已經開始利用布雷內三人的成果,研究可以治療多種疾病的新方法。

線蟲生活在土壤間水層,成蟲體全長只有 0.1 公分,因以細菌為食物,所以在實驗室中極易培養。又因為全身透明,研究時不需染色,即可在顯微鏡下看到線蟲體內的器官如腸道、生殖腺等;若使用高倍相位差顯微鏡,還可達到單一細胞的解析度。

Ascaris lumbricoides,線蟲的一種


管圓線蟲病:食源性寄生蟲病的一種,又名嗜酸粒細胞增多腦膜炎,是由於鼠類的心、肺部寄生的線蟲,即廣州管圓線蟲幼蟲(或成蟲)寄生在人的中樞神經系統所致。可發生嗜酸性粒細胞增多性腦膜炎或腦膜腦炎

線蟲種類甚多,可以與昆蟲相媲美

我國研究線蟲以廣州管圓線蟲、松材線蟲、甘薯莖線蟲為多  

對線蟲的研究

瑞典卡羅林斯卡醫學院宣布,將2006年諾貝爾生理學或醫學獎授予兩名美國科學家安德魯.菲爾和克雷格.梅洛,以表彰他們在分子生物學和遺傳信息方面的開創性工作。Andrew Z. Fire和Craig C. Mello發現了RNA干擾機制,論文發表在1998年。這一發現對於防禦病毒及尋找疾病的治療方法極為重要。筆者將從以下幾個方面向您介紹06年的諾貝爾生理醫學獎。

1.獲獎者基本情況

安德魯.菲爾出生於1959年,美國公民,1983年獲美國麻省理工學院生物學博士學位,現任史丹福醫學院病理學和遺傳學教授。克雷格.梅洛出生於1960年,美國公民,1990年獲得哈佛大學生物學博士學位,現任麻薩諸塞州醫學院分子醫學教授。

2.獲獎成果

科學家們最早在植物(Napoli等,1990)和脈孢菌(Neurospora crassa) (Cogoni和Macino,1997)中發現了dsRNA誘導的RNA沉默現象。RNAi在這些機體中作為抗病毒的防禦體系而發揮作用。雖然在上述發現中,轉基因病毒可以編碼具有沉默功能的基因片斷,並在複製過程中產生dsRNA,但針對RNA沉默現象的決定性發現還是由Andrew Fire和Craig Mello首先完成的。早在幾年前,在線蟲中進行反義RNA實驗時,Guo和Kemphues就觀察到正義RNA也具有很高的基因沉默活性(Guo和Kemphues,1995)。後來Andrew Fire(安德魯.菲爾)和Craig Mello(克雷格.梅洛)通過實驗闡明了這一反常現象:將反義RNA和正義RNA同時注射到秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)比單獨注射反義RNA誘導基因沉默的效率高10倍。由此推斷,dsRNA觸發了高效的基因沉默機制並極大降低了靶mRNA水平(Fire等,1998),這是一個有關控制基因信息流程的關鍵機制。人們將這一現象命名為RNAi (見綜述:Arenz和Schepers,2003)。安德魯.菲爾和克雷格.梅洛因為發現這一關鍵機制而獲得諾貝爾生理醫學獎。

RNAi的機制:基因所攜帶遺傳信息(即單個基因的具體功能)的傳遞是通過名為信使RNA的分子進入細胞蛋白合成「工廠」而實現的,而基因功能的研究方法一直是研究工作的攔路虎。安德魯.菲爾和克雷格.梅洛通過線蟲實驗證實:某些分子觸發了特定基因上RNA的破壞,導致蛋白無法合成,出現「基因沉默」,而這一過程便被稱為RNAi。天然的RNAi現象存在於植物動物和人類等真核生物的體內,在調解基因活力和預防病毒感染方面起到重要作用。同時他們還發現了有效關閉基因表達的方法,這樣當某一特定基因被「沉默」後,其功能便反向的體現出來了。

3.研究成果的應用價值

關於RNA的功能,以前教科書上大概有三種,一種是作為信使RNA(mRNA), 是gene轉錄的直接產物,接下來翻譯成蛋白質。所有的蛋白質都是這樣合成的。另外是轉運RNA(tRNA), 蛋白合成的時編碼和運送胺基酸核糖體。還有一些具有催化作用的RNA, 比如核糖體的構成成分就有RNA,它們起催化作用。但是RNAi(RNA interference)的發現,揭示了RNA的另外一個重大功能:調節gene的表達(這給gene表達的調控也增加了一個全新的概念)。

2001年,隨著人類基因組測序的完成,針對其它多種生物的基因組測序計劃也相繼開展起來。在未來的一段時間內,科學界將不會出現比人類基因組測序更矚目的技術。有人將人類基因組測序稱為「21世紀科學發展史上的里程碑」、「生物學領域最重要的成就之一」。然而時隔不久,同一年在哺乳動物中發現的RNAI掀起了一場風暴,而且愈演愈烈。《Science》雜誌將RNAi稱為「2002年的重大突破」(Couzin,2002)。然而,更加令人吃驚和興奮的是,4年以後的今天,這項技術的始作俑者,安德魯.菲爾和克雷格.梅洛就因此獲得2006年諾貝爾醫學獎。一項全新的技術在提出後短短几年就得到諾貝爾獎的青睞和肯定,此前是絕無僅有的,這也足見RNAi在醫學領域的開創性意義和極大的應用前景。隨著人們對多種生物體基因組序列了解的深入,RNAi技術可以幫助我們更細緻地了解複雜的生理學過程。RNAi技術與基因組學、蛋白質組學和功能蛋白質組學密切相關,因此, RNAi本身可作為一項實驗技術為生物工程及製藥業等相關行業服務,從而在更深更廣的領域發揮其作用。

植物、動物、人類都存在RNA干擾現象,這對於基因表達的管理、參與對病毒感染的防護、控制活躍基因具有重要意義。RNA干擾已經作為一種強大的「基因沉默」技術而出現。這項技術被用於全球的實驗室來確定各種病症哪種基因起到了重要作用。RNA干擾作為研究基因運行的一種研究方法已被廣泛應用於基礎科學。

RNAi主要通過在轉錄後(post-transcriptional)水平阻斷基因的表達,並藉此研究基因的功能。同時它為我們提供了一個治療疾病的新途徑。比如,我們可以按擬定的方式來關閉(shutting off)非必需或致病基因的功能。從理論上說,若能關閉致病基因的表達則很多疾病將被治癒。動物實驗已證明,可以通過RNAi的方法使導致血膽固醇升高的基因「沉默」;病毒性疾病,眼疾,心血管代謝性疾病等方面的臨床試驗也正在進行中;這一方法為病毒性肝炎愛滋病腫瘤等人類頑疾的治療指了一條新路。

線蟲有好氧和兼性厭氧的,兼性厭氧者在缺氧時大量繁殖。線蟲是污水淨化程度差的指示生物。

參看

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