Więcej światła, czyli co widzą nicienie

Caenorhabditis elegans

Caenorhabditis elegans to malutki nicień, który zasłużył się jako organizm modelowy w badaniach biologicznych. Poznano losy każdej z jego 1031 komórek (u samców, u hermafrodytów jest ich 959; to liczba końcowa, w trakcie rozwoju 131 komórek popełnia samobójstwo), zbadano wzór połączeń między jego 302 neuronami i oczywiście zsekwencjonowano jego genom. Szczegółowe informacje o tym zwierzątku można znaleźć tu. Wydawałoby się, że znamy go już na wylot, ale okazuje się, że maleńki nicień ciągle ma swoje tajemnice.

C. elegans reaguje na temperaturę, bodźce chemiczne i dotykowe. Nie ma jednak oczu, a w jego genomie nie znaleziono genów kodujących światłoczułe opsyny, ani tym bardziej niczego, co przypominałoby prokariotyczne białka światloczułe. Dopóki sądzono, że prowadzi on głównie podziemny tryb życia, nikogo to nie dziwiło. Jednak ostatnio coraz częściej uważa się, że C. elegans spędza sporo czasu na słońcu. Czy zatem brak światłoczułych opsyn powoduje, że jest niewrażliwy na światło?

Niedawno pojawiły się prace, które zajęły się odpowiedzią na to pytanie. W pierwszej z nich (Ward i in. 2008) stwierdzono, że nicień ucieka przed światłem, i zaproponowano kandydatów na światłoczułe neurony. Ponadto naukowcy stwierdzili, że C. elegans w odpowiedzi na światło wykorzystuje elementy szlaków przekazywania sygnału, które są używane do tego samego celu u kręgowców.

Kolejna praca zajęła się pytaniem o światłoczułe białka (Edwards i in. 2008). Również ci badacze stwierdzili, że nicień jest wrażliwy na promieniowanie UV i pod jego wpływem zaczyna się szybko poruszać, co wygląda na próbę ucieczki przed niebezpieczeństwami związanymi z nadmierną ekspozycją na UV. Ale jak to robi, skoro nie ma żadnych znanych nam światłoczułych białek? Naukowcy pomęczyli więc nicienie metanosulfonianem etylu (EMS), który ma działanie mutagenne, a następnie zaczęli wśród ich potomstwa szukać mutantów, które nie reagują na światło. Przetestowanie 250 000 zwierzątek dało w końcu efekty – 20 sztuk przestało uciekać przed UV. 18 z nich miało mutację w jednym genie (badacze nazwali go więc lite-1), natomiast dwa pozostale były unikalne, stąd nazwy lite-2 i lite-3. Na razie naukowcy poświęcili się jedynie badaniom nad lite-1.

Żeby sprawdzić, czy na pewno kodowane przez ten gen białko (nazwane LITE-1) odpowiada za reakcję na światło, skonstruowali robaki, które produkowały to białko w ściśle określonych częściach ciała. I okazało się, że jeśli poświeci się na część ciała zawierającą LITE-1,  coś się dzieje  – np. jeśli LITE-1 znajdzie się tylko w mięśniach odpowiedzialnych za wyrzucanie jajeczek, pod wpływem światła kurczą się one i wyrzucają jajeczka na zewnątrz. Kiedy w tych mięśniach nie ma LITE-1, tak jak to wygląda w normalnym życiu nicienia, naświetlanie nie powoduje żadnej reakcji.

LITE-1 nie przypomina białek należących do znanych rodzin fotoreceptorów (rodposyn, fitochromów, ksantopsyn, kryptochromów, fototropin i białek BLUF), za to jest spokrewnione z rodziną owadzich receptorów Gr. A receptory Gr (gustatory receptors) to owadzie receptory smakowe (Amrein i Thorne 2005). Może zatem receptory normalnie zaangażowane w rozpoznawanie sygnałów chemicznych w przypadku  C. elegans zmieniły funkcję. Otrzymane w tej pracy wyniki sugerują ponadto, że światłoczułe białka u zwierząt wyewoluowały niezależnie co najmniej dwa razy. Czyli Darwin miał rację pisząc “several facts make me suspect that any sensitive nerve may be rendered sensitive to light” .