CC BY
31
УДК 574.24+378
1Т.Б. Калинникова, 2Н.Ю. Степанова, 2В.З. Латыпова, 1М.Х. Гайнутдинов
'Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, tbkalinnikova@gmail. com
2Казанский (Приволжский) федеральный университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНОЖИВУЩЕЙ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ САЕ№ЯНЛБ01Ш БЬЕвЛт ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
В статье дана характеристика свободноживущей почвенной нематоды Caenorhabditis в^ат как модельного организма для проведения научных исследований. C. elegans может использоваться в качестве модельного организма при проведении практических занятий по широкому кругу биологических и экологических дисциплин, выполнении курсовых, выпускных квалификационных работ бакалавров, магистерских диссертаций.
Ключевые слова: Caenorhabditis в^ат; экологическое образование; научная работа студентов.
Введение
Важное место в подготовке специалистов экологических и биологических специальностей занимают практические занятия, такие как полевые наблюдения. Однако полевые наблюдения не могут дать исчерпывающего ответа на вопрос о влиянии отдельных факторов среды на структуру и численность популяции, особенности распределения вида по ареалу, об адаптивных возможностях вида и его эволюционном потенциале. Моделирование воздействия отдельных абиотических и биотических факторов на живые организмы в эксперименте позволяет детально изучить влияние каждого из факторов среды на популяцию. При этом важно проводить эксперименты с большими по численности, но компактными популяциями лабораторных животных. Немаловажное значение имеет и длительность эксперимента, определяемая скоростью смены поколений в популяции.
Традиционно в качестве лабораторных животных используются DrosopЫla, грызуны, рыбы или земноводные. Но высокая стоимость содержания этих животных в лаборатории и проводимых с их использованием экспериментов ограничивает возможности преподавания на современном уровне таких дисциплин как экология животных, зоология, физиология и генетика.
В связи с этим перспективным представляется использование в преподавании биологических и экологических дисциплин методики, в которой в качестве тест-организма выступает свободножи-вущая почвенная нематода Caenorhabditis elegans
(рис. 1). Эта нематода в последние 50 лет является самым популярным модельным организмом в исследованиях молекулярных механизмов физиологических и генетических процессов в организмах животных. Уже несколько десятилетий C. elegans используется в преподавании биологических дисциплин в университетах и колледжах США.
Характеристика С. в^ат как модельного организма
В качестве модельного объекта почвенная
Рис. 1. Фотография взрослого гермафродита C. elegans, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа (Jorgensen, Mango, 2002)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНОЖИВУЩЕИ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ САЕЫОЯНАВВГПВ ЕЬЕОАЫБ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
Рис. 2. C. elegans: гермафродит (вверху) и самец (внизу).
Отличительный признак гермафродита - наличие вульвы (показано стрелкой). Для самца характерен веерообразный хвост (показано стрелкой) (Jorgensen, Mango, 2002).
нематода C. elegans была предложена Сиднеем Бреннером в 1963 году. Он же провел большое исследование генетических и биохимических механизмов, которые управляют развитием многоклеточного животного от оплодотворенной яйцеклетки до формирования тканей и органов взрослой особи. Результаты этой работы были им обобщены в обзорной статье, опубликованной в журнале Genetics в 1974 году (Brenner, 1974).
Изучение C. elegans как модельного объекта оказалось возможным потому, что многие молекулярные и клеточные механизмы, возникшие на ранних стадиях эволюции Metazoa, сохранились неизменными у высокоорганизованных животных и у человека. Например, нервная система C. elegans содержит большинство известных сигнальных молекул и систем восприятия и обработки информации, обнаруженных ранее в нервной системе млекопитающих. В качестве нейромеди-аторов в организме нематоды используются аце-тилхолин, глутамат, g-аминомасляная кислота, серотонин, дофамин и нейропептиды. Многие рецепторы нейромедиаторов и нейромодуляторов у C. elegans сходны с соответствующими рецепторами млекопитающих. И, наконец, все компоненты, участвующие в синаптической передаче, также высококонсервативны в эволюции от C. elegans до млекопитающих. Такое замечательное сходство нервной системы червей и млекопитающих открыло большие возможности для изучения генетических и физиологических механизмов функций нервной системы, которые являются общими для всех нервных систем. Большинство генов C. elegans являются ортологами генов человека (Jospin et al., 2009; Li, Kim, 2010; Ringstad et al., 2009; Schuske et al., 2004; Strutz-Seebohm, 2003).
Преимущества C. elegans как модельного ор-
ганизма заключаются в следующем:
1. Эти беспозвоночные чрезвычайно удобны для экспериментов на организменном и на-дорганизменном уровне из-за микроскопических размеров тела (размер взрослой особи всего 1 мм). Это позволяет использовать в экспериментах на организменном уровне неограниченное количество животных одного возраста при минимальных затратах на их выращивание и содержание. В экспериментах на надорганизменном уровне можно содержать в контролируемых лабораторных условиях большие по численности популяции червей (десятки тысяч особей в одной чашке Петри).
Популяции C. elegans представлены в основном самооплодотворяющимися гермафродитами. Доля самцов в популяции составляет не более 0.05-0.1% (рис. 2) (Brenner, 1974, 2009; Jorgensen, Mango, 2002).
2. Быстрая смена поколений в популяции C. elegans (C. elegans достигает половой зрелости на 3-й день жизни). При этом каждая особь дает до 300 потомков. Это позволяет исследовать в модельных экспериментах механизмы адаптации популяций к изменяющимся условиям среды на протяжении многих поколений (рис. 3) (Brenner, 1974, 2009; Jorgensen, Mango, 2002).
Рис. 3. Жизненный цикл C.elegans. Время развития указано для температуры выращивания +25°C. (Jorgensen, Mango, 2002)
Рис. 4. Анатомия C.elegans (гермафродит).
Embryos - эмбрионы; Gonad - половая железа; Gonad arm -отросток половой железы; Intestine - кишечник; Oocyte in gonad -ооциты в половой железе; Pharynx - глотка; Rectum - прямая кишка; Spermatheca - семяприемник; Tail (tapered) - хвост (суженный); Uterus - матка; Ventral nerve cord - брюшная нервная цепочка; Vulva - вульва (www.wormatlas.org).
3. Условия выращивания C. elegans в лаборатории просты и стандартизированы. Это чашки Петри со средой выращивания нематод, содержащей агар, пептон, холестерин, неорганические соли и калийфосфатный буфер. Для кормления C. elegans используется специально подобранный штамм E. coli OP50 (Brenner, 1974) .
4. Организм C. elegans чрезвычайно прост и очень хорошо изучен на организменном и молекулярном уровнях. Тело червя покрыто кутикулой и состоит из мускульной, пищеварительной (глотка и кишечник), нервной и репродуктивной системы при отсутствии органа внешнего дыхания и цир-куляторной (сердечно-сосудистой) системы. Количество соматических клеток в организме червя постоянно - 959. Мускульная система состоит из 81 клетки, а нервная - из 302. Наибольший объем занимает репродуктивная система (рис. 4) (Brenner, 1974; Wormatlas). Такая простота строения облегчает интерпретацию экспериментальных данных по воздействию на организм различных химических веществ. Известно, что у млекопитающих и человека многие лекарственные препараты действуют одновременно на сердечно-сосудистую и нервную системы. В связи с отсутствием у C. elegans циркуляторной системы можно изучать действие лекарств непосредственно на нервную систему.
5. В настоящее время известны основные клеточные и молекулярные механизмы большинства форм поведения и процессов размножения и развития C. elegans (Bargmann, 1993; Mori, 1999).
В современных исследованиях и в преподавании биологических дисциплин чаще всего используется линия C. elegans дикого типа N2 Bristol, которая является стандартной для большинства исследований, проведенных в последние десятилетия. При этом имеется большое количество мутантных линий C. elegans с мутациями одного или нескольких генов. Коллекция мутантных линий находится и поддерживается в Генетическом центре Caenorhabditis (Caenor-habditis Genetic Center), созданном в 1978 году при Национальном Институте здоровья США.
Наличие большого количества мутантных линий C. elegans и их доступность для широкого круга исследователей и преподавателей в настоящее время сделала возможным использование мутантных линий C. elegans при преподавании биологических и экологических дисциплин в университетах и колледжах. При изучении различных форм поведения C. elegans используется так называемый мутантный анализ, который позволяет выявлять возможную роль отдельных нейромедиаторов, их рецепторов и других мембранных белков в действии нейрофармакологических соединений, не-матоцидов и других токсинов на поведение, размножение и выживание C. elegans. Например, для изучения возможной роли серотонина и дофамина используются мутантные линии с дефектами синтеза соответственно серотонина и дофамина, предоставляемые Центром (Белова и др., 2017; Калинникова и др., 2013).
Использование C. elegans в преподавании биологии и экологии животных
Основные преимущества использования C. elegans в образовании в высшей и средней школе заключаются в следующем:
1. Минимальная стоимость практических занятий по причинам, перечисленным ранее. Один из основателей исследования C. elegans Сидней Бреннер писал в 1974 году, что экспериментами с этими червями при желании можно заниматься у
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНОЖИВУЩЕЙ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ САЕЫОШАВЫт ЕЬЕОАЫБ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
себя на кухне.
2. Культуры C. elegans не требуют постоянных усилий для их культивирования в течение всего года: нематод в покоящейся форме в виде яиц и так называемых покоящихся личинок II возраста (dauer larva) можно долгое время хранить в обычном холодильнике. При необходимости нематод из культур, хранившихся в холодильнике, переносят на свежую среду выращивания и культивируют при комнатной температуре.
В настоящее время имеется большой объем информации о молекулярных механизмах поведения, размножения, развития C. elegans, чувствительности нервной системы червя к токсинам и нейрофармакологическим средствам, адаптации к изменяющимся физическим факторам среды. Это позволяет широкий выбор практических занятий для студентов и школьников, заключающихся в простых экспериментах с червями на уровне отдельного организма (Bargmann, 1993; Mori, 1999).
Например, при изучении темы «Хемотаксис» учащимся рассказывают о роли химических сигналов в жизни животных и дают определение понятия «хемотаксис». Восприятие химических сигналов осуществляется хемосенсорными нейронами. Из 302 нейронов в организме C. elegans хемосенсорными являются 32 нейрона, большинство из которых расположено в амфидах.
При проведении практического занятия используют культуру C. elegans дикого типа N2. Экспозицию нематод к химическим веществам проводят в чашках Петри диаметром 100 мм со средой выращивания нематод. Стерильным инструментом делают небольшие углубления: одно в центре чашки и два на расстоянии 2-3 см от него. Углубления соответствующим образом маркируют на дне чашки. В одно из двух крайних углублений наносят исследуемое вещество, в другое - дистиллированную воду. В центральное углубление помещают нематод, предварительно отмытых от среды выращивания. После этого через определенные промежутки времени (10-15 минут) подсчитывают количество нематод, двигающихся по направлению к каждому из двух крайних углублений. По окончании занятия чашку Петри рекомендуется оставить при комнатной температуре еще на сутки. После этого проводят окончательный подсчет червей, собравшихся возле каждого из углублений. В качестве исследуемых веществ можно использовать соляную и уксусную кислоты, ванилин, аминокислоты, NaCl и NH4Cl в различных концентрациях. На этом же занятии можно использовать мутантные линии C. elegans, у которых нарушен хемотаксис (Bargmann, 1993; Chemotaxis..., 2012; Mori, 1999).
C. elegans на протяжении нескольких десятилетий используется для исследования токсичности различных химических соединений. При проведении практического занятия по изучению токсичности тяжелых металлов учащиеся наблюдают за поведением нематод в NG буфере и в NG буфере, в который добавлены CdCl2, CuSO4 и ZnSO4. При этом ведется подсчет биений тела нематод (thrashes) в течение 30 секунд. Подсчеты повторяются через определенные промежутки времени для наблюдения за развитием токсического действия исследуемых веществ. Аналогичным образом можно изучать на практических занятиях токсическое действие различных концентраций этанола и других веществ на организм C. elegans. При проведении этих занятий наряду с линией дикого типа N2 можно использовать му-тантные линии C. elegans устойчивые к токсикантам (Environmental toxicity..., 2012; The effect of alcohol..., 2012).
C. elegans является удобным модельным организмом для проведения фармакологического и мутантного анализа различных физиологических признаков. При изучении термотолерантности поведения C. elegans с использованием нейро-фармакологического анализа нами было выявлено участие в регуляции термотолерантности нематод таких нейромедиаторов, как ацетилхолин, серотонин и дофамин (Белова и др., 2017; Кол-санова и др., 2014; Kalinnikova et al. 2008, 2012). Последующий мутантный анализ с использованием линий C. elegans с нуль-мутациями генов рецепторов ацетилхолина, серотонина и дофамина позволил установить, какие именно подтипы рецепторов этих нейромедиаторов участвуют в регуляции устойчивости нематод к тепловому стрессу (Kalinnikova et al., 2013a, 2013b). В этих исследованиях принимали участие студенты кафедры прикладной экологии Института экологии и природопользования Казанского (Приволжского) федерального университета. Полученные студентами результаты были оформлены в виде курсовых и дипломных работ.
Быстрая смена поколений, высокая скорость размножения и высокая численность популяции C. elegans в чашке Петри (десятки тысяч особей) позволяет выполнять курсовые и дипломные работы на уровне популяции с использованием известных мутагенов и искусственного отбора или «естественного отбора в лаборатории» по широкому кругу физиологических признаков.
Нами был проведен искусственный отбор нематод на высокую и низкую устойчивость поведения. Показателем термостабильности поведения являлось среднее время появления ошибок мотор-
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
-^36°С -*-36°С -о-350с
Рис. 5. Результаты искусственного отбора по термостабильности локомоции C.elegans.
1 - отбор на повышение термостабильности локомоции; 2, 3 - отбор на снижение термостабильности локомоции. По оси абсцисс - количество поколений, в которых прошел отбор. По оси ординат - среднее время появления ошибок моторной программы плавания при 36°C (1, 3) и 35°C (2), в % от линии N2 (Gainutdinov et al., 2007).
ной программы плавания, индуцированного механическим стимулом. Эти ошибки проявлялись в нарушениях координации мышц, необходимой для синусоидальных движений при плавании, и в невозможности поддерживать способность к плаванию в течение 10 секунд после стимула. В результате этого отбора были получены линии C. elegans, отличающиеся от исходной линии дикого типа N2 по устойчивости поведения к превышению физиологического оптимума температуры
Таблица 1. Термостабильность локомоции Caenorhabditis elegans и выживаемость червей при действии экстремальной высокой температуры (в каждом варианте эксперимента даны средние значения для 20 особей червей 4-дневного возраста, выращенных при 20°C)
Линии Среднее время появления ошибок моторной программы плавания (мин) Выживание при 37°C (мин)
35°C 36°C
N2 30.5±2 59.6±3
ВТ — 42.6±3 79.5±4
НТ 12.7±3 27.1±2
(Gainutdinov et al., 2007).
Отбор на снижение термостабильности локо-моции, проведенный в 12 поколениях, привел к небольшому, но достоверному снижению среднего времени появления ошибок моторной программы плавания C. elegans при 36оС, а продолжение этого отбора вызвало резкое снижение термостабильности локомоции после отбора в 15-16 поколениях (рис. 5) с выходом результата отбора на плато в 18 поколении. После окончания отбора линия C.elegans с низкой термостабильностью локомоции (НТ) выращивалась при температуре 20оС. Как показано в таблице 1, у червей этой линии понижена, по сравнению с червями исходной линии N2, не только термостабильность локомоции при 35 и 36оС, но и выживаемость при 37оС.
Дальнейшие исследования показали, что нематоды линии с низкой теплоустойчивостью поведения обладают более высокой чувствительностью к этанолу и ацетальдегиду по сравнению с нематодами дикой линии N2 (Калинникова и др., 2012; Gainutdinov et al., 2007).
В результате отбора на повышение термостабильности локомоции (20 поколений) получена линия червей с высокой, по сравнению с червями линии N2, термотолерантностью (ВТ), но результат этого отбора оказался значительно ниже, чем результат отбора на снижение термостабильности локомоции (рис. 5, табл. 1).
Самой чувствительной к тепловому стрессу компонентой приспособленности C.elegans и других животных является плодовитость (Андроников, 1999; Пианка, 1981; Lithgow et al., 1994). Повышение температуры до 26оС вызывает сильное снижение плодовитости C.elegans. При температуре выше 26оС черви стерильны, хотя яйца и личинки первого возраста могут развиваться до половой зрелости при повышении температуры до 29оС (Lithgow et al., 1994). Поэтому начальные стадии кривых роста лабораторных популяций C. elegans при предельной для размножения температуре 26оС отражают теплоустойчивость фер-тильности червей. Эксперименты с популяциями из червей линий N2, BT и HT, исходно состоящих из десяти 4-дневных особей, показали, что плодовитость при 26оС на порядок выше у червей линии ВТ, чем у червей линии N2 при незначительных различиях между линиями N2 и HT (табл. 2).
Следовательно, отбор, направленный на повышение термостабильности локомоции, повысил плодовитость червей в условиях предельного для размножения увеличения температуры. В то же время при отборе на понижение термостабильности локомоции сильное снижение значения этого признака не сопровождалось снижением верхнего
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНОЖИВУЩЕЙ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ САЕЫОШАВП1Т18 ЕЬЕОАЫБ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
Таблица 2. Размножение червей линий N2, ВТ и
НТ при 26°С (каждый вариант эксперимента проводился в трех повторностях с 10 червями 4-дневого возраста, выращенных при 18°С)
Линии Численность личинок всех возрастов через 48 часов инкубации при 26°С
N2 ВТ НТ
Эксперимент №1 Эксперимент №2 85±9 96±7 975±83 959±71 78±6 83±8
предела температур для размножения C.elegans, так как плодовитость червей линии НТ при 26°C находится на том же уровне, что и у червей линии N2 (табл. 2).
При проведении «естественного отбора в лаборатории» культуру нематод подвергают воздействию физического или химического фактора среды, постепенно увеличивая интенсивность воздействия в ряду поколений. Нами был проведен «естественный отбор в лаборатории» на повышение теплоустойчивости фертильности C. elegans. Схема отбора приведена на рисунке 6 (Гайнутдинов и др., 2007). При проведении отбора C. elegans линии дикого типа N2 культивировали в чашках Петри диаметром 100 мм со стандартной средой выращивания нематод. Для кормления червей использовали E.coli 0P50 (Brenner, 1974).
Во время адаптации C. elegans к повышению температуры каждые семь дней всех червей со спонтанной двигательной активностью переносили в чашки Петри со свежей средой выращивания и E.coli для удаления конечных продуктов метаболизма червей и бактерий. Эффективность адаптации оценивали по наличию особей, сохранявших фертильность при этих температурах, и по резистентности организма к экстремальной высокой температуре 36 и 37°C, которая измерялась индивидуально в экспериментах с 3-4-дневными особями (Калинникова и др., 2006). Адаптацию C. elegans к высокой температуре проводили при непрерывном действии температуры 26°C, которая является предельной для выращивания червей линии N2 (Fatt, Dougherty, 1963), с последующими 14-дневными экспозициями к температурам 26.5°C, 27°C и 27.5°C, в промежутках между которыми численность популяции восстанавливали в течение 4 дней при температуре 24°C. В этих экспериментах имитировалось многократное прохождение природных популяций через «горлышко бутылки» в условиях экстремального повышения температуры, снижающего числен-
ность популяции, с последующим восстановлением численности после прекращения сезонного повышения температуры. Все три популяции C. elegans после 30-дневной адаптации к 26°C оказались способны адаптироваться к температуре 26.5°C, так как часть особей сохраняла фертильность при этой температуре, а после трех экспозиций к 26.5°C линии, сформированные из части особей (n = 100) этих популяций, сохранялись при непрерывном действии температуры 26.5°C в ряду многих (> 20) поколений. Напротив, только две популяции из трех удалось адаптировать к температуре 27°C пятью экспозициями к этой температуре. Эта адаптация проявлялась в сохранении фертильности особей при 27°C и, как следствие, в сохранении линий, сформированных из особей этих популяций, при постоянной температуре 27°C на протяжении многих поколений. Часть особей популяций, адаптированных к повышению температуры, сохраняла фертильность и при температуре 27.5°C. После пяти экспозиций к этой температуре удалось получить две линии червей с высокой термотолерантностью (ВТ1 и ВТ2), способные к выращиванию при 27.5°C, хотя в этих условиях наблюдалась постоянная низкая численность червей, обусловленная снижением не только плодовитости, но и продолжительности жизни и переходом большей части личинок III возраста в диапаузу, который, как известно, индуцируется переносимым повышением температуры (Allion, Thomas, 2000). Сохранение популяции
Рис. 6. Схема «естественного отбора в лаборатории» на повышение теплоустойчивости фертильности С. elegans (Гайнутдинов и др., 2007).
C. elegans при постоянной высокой температуре лимитируется верхним пределом температур для размножения, так как развитие сохраняется при повышении температуры до 29°C (Fatt, Dougherty, 1963). Следовательно, адаптация C.elegans к повышению температуры повысила на 1.5оС верхний предел температур для размножения и, как следствие, для существования лабораторных популяций. Одновременно с повышением теплоустойчивости фертильности нематод такой отбор привел к повышению термостабильности локомоции при 36°C и выживаемости при 37°C (Gainutdinov et al., 2007). Аналогичным образом можно проводить отбор нематод, устойчивых к токсикантам с дальнейшим фармакологическим анализом полученных линий.
Дополнительным к C. elegans модельным организмом может служить свободноживущая почвенная нематода Caenorhabditis briggsae, близкородственный C. elegans вид. Эти виды дивергиро-вали от общего предка около 100 миллионов лет назад и морфологически почти неразличимы. Оба вида являются космополитами и встречаются на всех континентах. Как и у C. elegans, популяции C. briggsae состоят в основном из самооплодотворяющихся гермафродитов (Stein et al., 2003). Геномы обоих видов полностью секвенированы (Dolgin et al., 2008; Stein et al., 2003). Если поведение, развитие и физиология C. elegans описаны в десятках тысяч исследований, то соответствующие характеристики для C. briggsae пока недостаточно изучены. Тем не менее, этот вид привлекателен как модельный организм по нескольким причинам. Во-первых, его изучение позволит определить, являются ли результаты, полученные при исследовании C. elegans, универсальными для близкородственных видов. Во-вторых, по-пуляционная структура этих видов качественно отличается. C. elegans характеризуется низким уровнем изменчивости, как межпопуляционной, так и внутрипопуляционной. Для C. briggsae характерен более высокий уровень не только индивидуальной изменчивости, но и межпопуляцион-ной. Популяции C. briggsae четко разделяются на умеренные и тропические (Dolgin et al., 2008). Исследования последних лет позволяют дополнительно выделить экваториальную группу (Dolgin et al., 2008). Все это делает C. briggsae привлекательным и удобным модельным организмом для изучения механизмов эволюции и адаптации пойкилотермных животных к изменяющимся условиям обитания. К сожалению, в настоящее время доступен лишь фармакологический анализ физиологических признаков C. briggsae из-за отсутствия мутантных линий для проведения му-
тантного анализа.
Заключение
Почвенная нематода C. elegans дает уникальную возможность проведения экспериментов с интактным организмом in vivo с одновременным использованием большого количества животных. C. elegans может использоваться в качестве модельного организма для проведения практических занятий по широкому кругу биологических и экологических дисциплин. Эксперименты с использованием C. elegans позволяют продемонстрировать такие биологические явления как хемотаксис, термотаксис и некоторые другие. Эта нематода является удобным организмом для демонстрации действия на организм негативных факторов внешней среды, таких как токсиканты и превышение физиологического оптимума температуры в острых экспериментах с интактными организмами. C. elegans является удобным модельным организмом для выполнения курсовых и дипломных работ. При проведении исследований студенты могут изучать закономерности и механизмы действия отдельных физических, химических и биологических факторов окружающей среды на организм. Использование C. elegans в качестве объекта исследования позволяет моделировать процессы адаптации организмов к изменениям среды обитания.
Список литературы
1. Андроников В.Б. Терморезистентность гамет и температурные условия размножения пойкилотермных животных // Успехи соврем. биол. 1999. Т. 119. № 6. С. 548-556.
2. Белова Е.Б., Колсанова Р.Р., Калинникова Т.Б., Хакимо-ва Д.М., Шагидуллин Р.Р., Гайнутдинов М.Х. Сенситизация серотонином никотиновых рецепторов ацетилхолина почвенной нематоды Caenorhabditis elegans // Журн. эвол. биох. физиол. 2017. Т. 53. С. 136-138.
3. Гайнутдинов М.Х., Тимошенко А.Х., Гиндина В.В., Гайнутдинов Т.М., Калинникова Т.Б. Адаптация лабораторных популяций Caenorhabditis elegans к высокой температуре как модель эволюции термотолерантности пойкилотермных Metazoa // Доклады РАН. 2007. Т. 413. С. 707-710.
4. Калинникова Т.Б., Тимошенко А.Х., Гайнутдинов Т.М., Гиндина В.В., Гайнутдинов М.Х. Адаптация нематоды Caenorhabditis elegans к высокой температуре среды // Журн. эвол. биох. и физиол. 2006. Т.42, № 5. С. 457-462.
5. Калинникова Т.Б., Тимошенко А.Х., Колсанова Р.Р., Захаров С.В., Гайнутдинов М.Х., Шагидуллин Р.Р. Действие ацетальдегида на организмы свободноживущих почвенных нематод Caenorhabditis elegans линий N2 и IPE1 // Токсикологический вестник. 2012. № 4. С. 45-48.
6. Калинникова Т.Б., Колсанова Р.Р., Шагидуллин Р.Р., Осипова Е.Б., Гайнутдинов М.Х. О роли гена рецептора се-ротонина SER-4 в теплоустойчивости поведения Caenorhabditis elegans // Генетика. 2013. Т. 49, № 3. С. 415-419.
7. Колсанова Р.Р., Калинникова Т.Б., Белова Е.Б., Гайнутдинов Т.М., Гайнутдинов М.Х. О роли холинергических синапсов в термотолерантности почвенных нематод Caenor-habditis elegans и Caenorhabditis briggsae // Вестник ОГУ.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВОБОДНОЖИВУЩЕЙ ПОЧВЕННОЙ НЕМАТОДЫ САЕЫОШЛВВ1Т18 ЕЬЕОАЫБ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
2014. № 9. С. 135-139.
8. Пианка Э. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981. 400 с.
9. Allion M., Thomas J.H. Dauer formation induced by high temperatures in Caenorhabditis elegans // Genetics. 2000. V. 156. P. 1047-1067.
10. Bargmann C.I. Genetic and cellular analysis of behavior in C.elegans // Annu.Rev.Neurosci. 1993. V. 16. P. 47-71.
11. Brenner S. The genetics of Caenorhabditis elegans // Genetics. 1974. V. 77. P. 71-94.
12. Brenner S. In the beginning was the worm... // Genetics. 2009. V. 182. P. 413-415.
13. Chemotaxis: The science of attraction. Instructor's guide. EDVOTEK. The Biotecnology Education Company, 2012. 21 p.
14. Dolgin E.S., Félix M.-A., Cutter A.D. Hakuna Nematoda: genetic and phenotypic diversity in African isolates of Caenorhabditis elegans and C.briggsae // Heredity. 2008. V. 100. P. 304-315.
15. Environmental toxicity response in C. elegans. Instructor's guide. EDVOTEK. The Biotecnology Education Company, 2012. 19 p.
16. Fatt H.V., Dougherty E.C. Genetic control of differential heat tolerance in two strains of the nematode, Caenorhabditis elegans // Science. 1963. V. 141. P. 266-267.
17. Gainutdinov M.Kh., Timoshenko A.Kh., Gainutdinov T.M., Kalinnikova T.B. Characterization of new Caenorhabditis elegans strains with high and low thermotolerance // Russian Journal of Genetics. 2007. V. 43. P. 1014-1020.
18. Jorgensen E.M., Mango S.E. The art and design of genetic screens: Caenorhabditis elegans // Nature Reviews. Genetics. 2002. V. 3. P. 356-369.
19. Jospin M., Qi Y.B., Stawicki T.M., Boulin T., Schuske K.R., Horvitz H.R., Bessereau J.-L., Jorgensen E.M., Jin Y. A neuronal acetylcholine receptor regulates the balance of muscle excitation and inhibition in Caenorhabditis elegans // PLOS Biol. 2009. V. 7, № 12. e1000265.
20. Kalinnikova T.B., Timoshenko A.Kh., Galaktionova D.Yu., Gainutdinov T.M., Gainutdinov M.Kh. Protector effect of dopamine in adaptation of the nervous system of the nematode Caenorhabditis elegans to heat stress // Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 2008. V. 44. P. 760-762.
21. Kalinnikova T.B., Kolsanova R.R., Gainutdinov M.Kh. Caenorhabditis elegans as a convenient model organism for understanding heat stress effects upon intact nervous system // In: Heat Stress: Causes, Treatment and Prevention / Eds. S. Josipov-ich, E. Ludwig. NY: Nova Science Publishers, 2012. P. 113-140.
22. Kalinnikova T.B., Kolsanova R.R., Shagidullin R.R., Osipova E.B., Gaynutdinov M.Kh. On the role of gene of SER-4 serotonin receptor in thermotolerance of Caenorhabditis ele-gans behavior // Russian Journal of Genetics. 2013a. V. 49. P. 363-366.
23. Kalinnikova T.B., Shagidullin R.R., Kolsanova R.R., Osipova E.B., Zakharov S.V., Gainutdinov M.Kh. Acetylcholine deficiency in Caenorhabditis elegans induced by hyperthermia can be compensated by ACh-esterase inhibition or activation
of GAR-3 mAChRs // Environment and Natural Resources Research. 2013b. V. 3. P. 98-113.
24. Li C., Kim K. Neuropeptides gene families in Caenorhabditis elegans // Adv. Exp. Med. Biol. 2010. V. 692. P. 98-137.
25. Lithgow G.J., White T.M., Hinerfeld D.A., Johnson T.E. Thermotolerance of a long-lived mutant of Caenorhabditis elegans // J. Gerontol. 1994. V. 49. P. 13270-13276.
26. Mori I. Genetics of chemotaxis and thermotaxis in the nematode Caenorhabditis elegans // Annu. Rev. Genet. 1999. V. 33. P. 399-422.
27. Ringstad N., Abe N., Horvitz H.R. Ligand-gated chloride channels are receptors for biogenic amines in C. elegans // Science. 2009. V. 325. P. 96-100.
28. Schuske K., Beg A.A., Jorgensen E.M. The GABA nervous system in C. elegans // Trends Neurosci. 2004. V 27, № 7. P. 407-414.
29. Stein L.D., Bao Z., Blasiar D., Blumenthal T., Brent M.R., Chen N., Chinwalla A., Clarke L., Clee C., Coghlan A., Coulson A., D'Eustachio P., Fitch D.H., Fulton L.A., Fulton R.E., Griffiths-Jones S., Harris T.W., Hillier L.W., Kamath R., Kuwabara P.E., Mardis E.R., Marra M.A., Miner T.L., Minx P., Mullikin J.C., Plumb R.W., Rogers J., Schein J.E., Sohrmann M., Spieth J., Stajich J.E., Wei C., Willey D., Wilson R.K., Durbin R., Waterson R.H. The genome sequence of Caenorhabditis brigg-sae: a platform for comparative genomics // PLOS Biol. 2003. V. 1. P. 166-192.
30. Strutz-Seebohm N., Werner M., Madsen D.M., Seebohm G., Zheng Y., Walker C.S., Maricq A.V., Hollmann M. Functional analysis of Caenorhabditis elegans glutamate receptors sub-units by domain transplantation // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 44691-44701.
31. The effect of alcohol on Caenorhabditis elegans. Instructor's guide. EDVOTEK. The Biotecnology Education Company, 2012. 19 p.
32. Wormatlas [Электронный ресурс] URL: www.wormat-las.org
T.B. Kalinnikova, N.Yu. Stepanova, V.Z. Latypo-va, M.Kh. Gainutdinov. Use of a free soil nemotode Caenorhabditis elegans for practical activities in teaching environmental disciplines.
The article describes the free-living soil nematode Caenorhabditis elegans as a model organism for scientific researches. C. elegans can be used as a model organism for practical classes on a wide range of biological and ecological disciplines, completion of course, final qualification works of bachelors, master's theses.
Keywords: Caenorhabditis elegans; environmental education; scientific work of students.
