线虫

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线虫(nematode),亦称圆虫(roundworm)。袋形动物门(Aschelminthes)线虫纲(Nematoda)所有蠕虫的通称,不少学者为之另立为一门。系动物界中数量最丰者之一,寄生於动、植物,或自由生活於土壤、淡水和海水环境中,甚至在醋和啤酒这样稀罕的地方亦可见到。已知约有13,000种,营寄生者由於多数具医学、兽医学或经济重要性而被大量研究,营自由生活者则可能只有小部分被鉴定。线虫属两侧对称,体长,通常两端尖,并具透明隔腔(消化道体壁间充满液体的体腔)。一般为雌雄异体,有些则为雌雄同体(即个体兼具雌雄生殖器官)。大小由肉眼不可见至长7公尺(约23呎)不等,最大者系在鲸体内发现的寄生型。营动物寄生者几乎见于寄主所有器官,惟最常寄生於消化、循环与呼吸系统。部分种类以钩虫、後圆线虫蛲虫、粪类圆线虫、鞭虫与小线虫等俗称为人所熟知。线虫且为丝虫病蛔虫病旋毛虫病等种种疾病的根源。

线虫种类繁多,为害家畜的线虫分属于杆形目、圆形目、蛔虫目、尖尾目、旋尾目、丝虫目、毛首目、膨结目和驼形目。其形态和生活史既有共同点又有某些区别。  

线虫形态

通常呈乳白、淡黄或棕红色。大小差别很大,小的不足1毫米,大的长达8米。多为雌雄异体,雌性较雄性的为大。虫体一般呈线柱状或圆柱状,不分节,左右对称。假体腔内有消化、生殖神经系统,较发达,但无呼吸和循环系统消化系统前端为口孔,肛门开口于虫体尾端腹面。口囊和食道的大小、形状以及交合刺的数目等均有鉴别意义。如杆形目虫体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,而无前食道球。蛔虫目食道简单呈圆柱状,头端有唇3个。旋尾目食道常由前端的肌部与后端的腺部构成,头端有偶数的唇(2、4、6或更多),雄虫尾部呈螺旋状旋曲。丝虫目的食道亦常由肌部和腺部两部分构成,无唇,阴户在虫体前端。圆形目的食道简单或呈瓶状,雄虫尾端具有由肋状物支撑的角质交合伞,往往有两根等长的交合刺。毛首目往往区分为前后两部,食道很长,呈串珠状,雄体只有一根交合刺。膨结目的食道简单,雄虫具有肉质交合伞,无肋状物支撑,只有 1根交合刺。驼形目具有单核的食道腺,无唇。在中国畜禽中已发现线虫病原350余种。其中常见的有:寄生在马属动物肠道的副蛔虫圆形线虫、尖尾线虫、胃线虫和皮下组织的副丝虫;寄生在反刍动物真胃的血矛线虫、肠道的仰口线虫、食道口线虫、毛首线虫和气管的网尾线虫;寄生在猪肠道的蛔虫、类圆形线虫、旋毛线虫、肾线虫和气管的后圆线虫;寄生在禽类肠道的禽蛔虫、异刺线虫和腺胃的华首线虫,以及寄生在犬肠道的弓首蛔虫和肾脏的膨结线虫等。

这里所说的线虫特指秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)是一种很小的蠕虫。秀丽隐杆线虫已经成为现代发育生物学、遗传学和基因组学研究的重要模式材料.其成体长仅1mm ,全身透明, 以细菌为食,居住在土壤中,全身共有959个细胞,性别为雌雄同体或雄性。整个的生命周期仅3天。野生型线虫胚胎发育中细胞分裂和细胞系的形成具有高度的程序性,这样就便于对其发育进行遗传学分析。一个成体的蠕虫仅由959个细胞组成。由一个受精卵发育成为成熟的成体只要二天多一点(25℃时需52小时)。从卵到成体每个细胞的命运以及它们沿着一定的程序,在特定时间的分裂和迁移都已搞得十分清楚。

C.elegans有很多有趣的特点,它是一个染色体数很少的二倍体,2n=12(有一对性染色体和5对常染色体),其基因组也很小,仅有8×107bp,约为人类基因组的3%,约有13,500个基因。在真核生物中基因都是产生单顺反子mRNA,但唯有C.elegans与原核相似,有25%左右的基因产生多顺反子mRNA(Polycistronic mRNA),此和它们通过反式剪接使下游基因的到表达有关。还有一个特点是其基因组中非重复序列很高,达到83%,而高等的真核生物都在50%以下,E.coli为100%,看来C.elegans在这些特点上都较接近原核生物,这也反映其在进化中的地位点较为原始。这种蠕虫大部分是XX型,是可以自体受精的两性体(hermaphrodites)大约每500个蠕虫有1个是XO 型的雄体,此是染色体不分离的结果。

2002年诺贝尔生理学或医学奖授予悉尼.布雷内等三人,他们获奖的原因是在20世纪60年代初期正确选择线虫作为模式生物,发现器官发育和“程序性细胞死亡”过程中的基因规则。布雷内是分子生物学的奠基者之一,他在1965年第一次研究线虫,直到1974年才发表第一篇有关论文,其中经历了长达10年左右默默无闻的基础工作时间。直到20世纪80年代后,线虫研究才逐渐受到国际认可,目前一些国家的科学家已经开始利用布雷内三人的成果,研究可以治疗多种疾病的新方法。

线虫生活在土壤间水层,成虫体全长只有 0.1 公分,因以细菌为食物,所以在实验室中极易培养。又因为全身透明,研究时不需染色,即可在显微镜下看到线虫体内的器官如肠道、生殖腺等;若使用高倍相位差显微镜,还可达到单一细胞的分辨率。

Ascaris lumbricoides,线虫的一种


管圆线虫病:食源性寄生虫病的一种,又名嗜酸粒细胞增多脑膜炎,是由于鼠类的心、肺部寄生的线虫,即广州管圆线虫幼虫(或成虫)寄生在人的中枢神经系统所致。可发生嗜酸性粒细胞增多性脑膜炎或脑膜脑炎

线虫种类甚多,可以与昆虫相媲美

我国研究线虫以广州管圆线虫、松材线虫、甘薯茎线虫为多  

对线虫的研究

瑞典卡罗林斯卡医学院宣布,将2006年诺贝尔生理学或医学奖授予两名美国科学家安德鲁.菲尔和克雷格.梅洛,以表彰他们在分子生物学和遗传信息方面的开创性工作。Andrew Z. Fire和Craig C. Mello发现了RNA干扰机制,论文发表在1998年。这一发现对于防御病毒及寻找疾病的治疗方法极为重要。笔者将从以下几个方面向您介绍06年的诺贝尔生理医学奖。

1.获奖者基本情况

安德鲁.菲尔出生于1959年,美国公民,1983年获美国麻省理工学院生物学博士学位,现任斯坦福医学院病理学和遗传学教授。克雷格.梅洛出生于1960年,美国公民,1990年获得哈佛大学生物学博士学位,现任马萨诸塞州医学院分子医学教授。

2.获奖成果

科学家们最早在植物(Napoli等,1990)和脉孢菌(Neurospora crassa) (Cogoni和Macino,1997)中发现了dsRNA诱导的RNA沉默现象。RNAi在这些机体中作为抗病毒的防御体系而发挥作用。虽然在上述发现中,转基因病毒可以编码具有沉默功能的基因片断,并在复制过程中产生dsRNA,但针对RNA沉默现象的决定性发现还是由Andrew Fire和Craig Mello首先完成的。早在几年前,在线虫中进行反义RNA实验时,Guo和Kemphues就观察到正义RNA也具有很高的基因沉默活性(Guo和Kemphues,1995)。后来Andrew Fire(安德鲁.菲尔)和Craig Mello(克雷格.梅洛)通过实验阐明了这一反常现象:将反义RNA和正义RNA同时注射到秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)比单独注射反义RNA诱导基因沉默的效率高10倍。由此推断,dsRNA触发了高效的基因沉默机制并极大降低了靶mRNA水平(Fire等,1998),这是一个有关控制基因信息流程的关键机制。人们将这一现象命名为RNAi (见综述:Arenz和Schepers,2003)。安德鲁.菲尔和克雷格.梅洛因为发现这一关键机制而获得诺贝尔生理医学奖。

RNAi的机制:基因所携带遗传信息(即单个基因的具体功能)的传递是通过名为信使RNA的分子进入细胞蛋白合成“工厂”而实现的,而基因功能的研究方法一直是研究工作的拦路虎。安德鲁.菲尔和克雷格.梅洛通过线虫实验证实:某些分子触发了特定基因上RNA的破坏,导致蛋白无法合成,出现“基因沉默”,而这一过程便被称为RNAi。天然的RNAi现象存在于植物动物和人类等真核生物的体内,在调解基因活力和预防病毒感染方面起到重要作用。同时他们还发现了有效关闭基因表达的方法,这样当某一特定基因被“沉默”后,其功能便反向的体现出来了。

3.研究成果的应用价值

关于RNA的功能,以前教科书上大概有三种,一种是作为信使RNA(mRNA), 是gene转录的直接产物,接下来翻译成蛋白质。所有的蛋白质都是这样合成的。另外是转运RNA(tRNA), 蛋白合成的时编码和运送氨基酸核糖体。还有一些具有催化作用的RNA, 比如核糖体的构成成分就有RNA,它们起催化作用。但是RNAi(RNA interference)的发现,揭示了RNA的另外一个重大功能:调节gene的表达(这给gene表达的调控也增加了一个全新的概念)。

2001年,随着人类基因组测序的完成,针对其它多种生物的基因组测序计划也相继开展起来。在未来的一段时间内,科学界将不会出现比人类基因组测序更瞩目的技术。有人将人类基因组测序称为“21世纪科学发展史上的里程碑”、“生物学领域最重要的成就之一”。然而时隔不久,同一年在哺乳动物中发现的RNAI掀起了一场风暴,而且愈演愈烈。《Science》杂志将RNAi称为“2002年的重大突破”(Couzin,2002)。然而,更加令人吃惊和兴奋的是,4年以后的今天,这项技术的始作俑者,安德鲁.菲尔和克雷格.梅洛就因此获得2006年诺贝尔医学奖。一项全新的技术在提出后短短几年就得到诺贝尔奖的青睐和肯定,此前是绝无仅有的,这也足见RNAi在医学领域的开创性意义和极大的应用前景。随着人们对多种生物体基因组序列了解的深入,RNAi技术可以帮助我们更细致地了解复杂的生理学过程。RNAi技术与基因组学、蛋白质组学和功能蛋白质组学密切相关,因此, RNAi本身可作为一项实验技术为生物工程及制药业等相关行业服务,从而在更深更广的领域发挥其作用。

植物、动物、人类都存在RNA干扰现象,这对于基因表达的管理、参与对病毒感染的防护、控制活跃基因具有重要意义。RNA干扰已经作为一种强大的“基因沉默”技术而出现。这项技术被用于全球的实验室来确定各种病症哪种基因起到了重要作用。RNA干扰作为研究基因运行的一种研究方法已被广泛应用于基础科学。

RNAi主要通过在转录后(post-transcriptional)水平阻断基因的表达,并借此研究基因的功能。同时它为我们提供了一个治疗疾病的新途径。比如,我们可以按拟定的方式来关闭(shutting off)非必需或致病基因的功能。从理论上说,若能关闭致病基因的表达则很多疾病将被治愈。动物实验已证明,可以通过RNAi的方法使导致血胆固醇升高的基因“沉默”;病毒性疾病,眼疾,心血管代谢性疾病等方面的临床试验也正在进行中;这一方法为病毒性肝炎艾滋病肿瘤等人类顽疾的治疗指了一条新路。

线虫有好氧和兼性厌氧的,兼性厌氧者在缺氧时大量繁殖。线虫是污水净化程度差的指示生物。

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