2024年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎｜秀麗隱桿線蟲：屢獲諾獎的1毫米“小透明”

除此之外，秀麗隱桿線蟲也是太空研究的“常客”，因其具備易于搭載、培養(yǎng)成本低、生命周期短、后代數(shù)量多、耐輻射、便于遺傳操作等優(yōu)點，被認為是空間生命科學研究中的重要模式生物，可以用來探索太空環(huán)境對機體的生長、發(fā)育、生殖、運動、衰老等方面的影響與作用機制。早在1992年，美國“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機上就開展了人類歷史上首次線蟲太空實驗。

在我國的神舟八號、十號、十五號和神舟十六號任務中，秀麗隱桿線蟲都曾被帶上太空用于不同的研究（圖片來源：央視網(wǎng)）

秀麗隱桿線蟲的研究歷史

秀麗隱桿線蟲于1900年在阿爾及利亞的土壤中首次被發(fā)現(xiàn)，其拉丁種名elegans意為“優(yōu)雅”“秀麗”。

1960年代之后，南非生物學家西德尼·布倫納（Sydney Brenner）將其引入實驗室研究，強調(diào)其作為分子生物學研究模型的潛力。布倫納的工作為秀麗隱桿線蟲的廣泛應用奠定了基礎。

·完整的細胞譜系圖

雌雄同體的秀麗隱桿線蟲只有959個體細胞，每一個體細胞的功能在個體之間幾乎不變。布倫納及其團隊繪制了完整的線蟲細胞譜系圖，記錄了從受精卵到成蟲的每一個細胞分裂。這一圖譜不僅幫助生物學家理解了細胞如何分化，也為研究細胞發(fā)育過程中的關鍵因素提供了基礎。

2002年諾貝爾獎獲得者西德尼·布倫納（1927-2019）

·神經(jīng)連接組圖譜

布倫納的研究小組還完整描繪了秀麗隱桿線蟲302個神經(jīng)元的連接圖譜，即連接組（Connectome），這是世界上第一個也是迄今唯一完整的動物神經(jīng)連接組。這一突破性的工作使得研究者能夠深入探討神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構和功能，理解動物如何感知和響應環(huán)境刺激。

·完整基因組測序

1998年，秀麗隱桿線蟲成為第一種完成全基因組測序的動物，這是分子生物學研究的另一個重要里程碑。此項工作不僅提供了有關個別基因和基因間關系的寶貴信息，也為后續(xù)的基因組研究提供了重要的方法指導。

相關研究已多次獲得諾獎

由于開發(fā)了豐富的實驗工具和方法，秀麗隱桿線蟲研究已產(chǎn)生眾多重要的科學發(fā)現(xiàn)（包括諾貝爾獎），這些發(fā)現(xiàn)不僅增加了對這一模型生物本身的理解，也推動了人類對自身生物學的認知。

·程序性細胞死亡

布倫納及其學生約翰·蘇爾斯頓（John Sulston）、羅伯特·霍維茨（Robert Horvitz）因在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)“程序性細胞死亡”機制而獲得2002年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。他們識別出調(diào)控細胞凋亡的關鍵基因，并揭示了這一過程在生物發(fā)育及健康疾病中的重要性。

·RNA干擾的發(fā)現(xiàn)

1998年，美國科學家安德魯·法爾（Andrew Fire）和克雷格·梅洛（Craig Mello）利用秀麗隱桿線蟲發(fā)現(xiàn)了RNA干擾（RNAi），這一過程使細胞能夠抑制基因的表達。RNA干擾隨后成為遺傳學研究中的重要工具，研究者可以通過這種方法關閉特定基因，進而研究其功能。法爾和梅洛因此獲得2006年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

·蛋白質(zhì)標記技術的發(fā)展

以秀麗隱桿線蟲為載體，美國科學家馬丁·查爾菲（Martin Chalfie）首次展示了如何將綠熒光蛋白（GFP）的基因作為標簽添加到感興趣的基因上，使其在特定波段下發(fā)光。這一技術為生物學研究者提供了一種強大的視覺標記工具，廣泛應用于不同物種和細胞類型的實驗中。查爾菲因其貢獻于2008年獲得諾貝爾化學獎。

圖片來源：哈佛醫(yī)學院

·衰老機制的研究

1993年，美國科學家辛西婭·凱尼恩（Cynthia Kenyon）及同事發(fā)現(xiàn)，秀麗隱桿線蟲中DAF-2的基因突變可以將其壽命延長超過兩倍。這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了對衰老分子機制的研究，為理解人類衰老提供了重要的線索。

通過分析線蟲蠕動，研究者可以探索太空環(huán)境對生物肌肉力量的影響（圖片來源：NASA）

隨著技術的不斷進步，秀麗隱桿線蟲的研究將繼續(xù)為科學界提供新的視角和工具。基因編輯技術如CRISPR的引入，使得研究者能夠更精確地操控秀麗隱桿線蟲的基因組，從而深入探討基因功能及其對生物體的影響。此外，隨著生物成像技術的發(fā)展，研究者能夠更清晰地觀察秀麗隱桿線蟲內(nèi)部的生物過程，為探索生命科學的未解之謎提供了更多可能性。

來源：北京科技報

撰文：丁林