线虫C.Elegans的一些相关背景资料

线虫 C.Elegans 的研究
现在正在做一些生物计算机领域的介绍和研究，涉及到很多有趣的在DNA，基因方面的主题，其中线虫C.Elegans就是其中一种很有代表性的载体，这里有一些比较初步的介绍资料。

C.Elegans资料

美国华盛顿大学(Washington University)的科学家，经过八年的努力，终於在一九九八年十二月，成功排列线虫(soil worm)的遗传基因，这是科学家第一次找出多细胞动物(multi-cellularanimal)的遗传基因，这项突破，为科学家提供了重要的资料，帮助了解动物的进化过程，和研究如何治疗一些遗传性疾病。

线虫的学名是 Caenorhabditis Elegans 或简称 C.elegans，是长约一毫米生长在泥土的一种虫，它主要靠吸食泥土里的微生物(microbes)而生存；但线虫很多的生理特徵和人类的很相似，例如，线虫是由一个单细胞胚胎成长为一个完整的动物，从幼虫以至成长、生育、年老衰退及死亡的过程，和人类十分相似，况且，线虫有神经系统(nervoussystem)和一个「脑」，可以进行简单的学习活动。

在比较出名的五千种人类基因，其中四分之三亦可线虫身上找到，而线虫的二万多种基因，其中百分之四十是和其他动物的一样；因此，科学家希望从研究线虫的基因，可以帮助了解人类及其他动物的基因。

科学家可以透过显微镜，观察线虫每一个蛋白质分子的活动情况，从而研究线虫因子的缺陷及解救方法；从这项研究，科学家成功找到与线虫年老衰退及患上「癌」有关的基因，对研究治疗人类的老人痴呆症，极有帮助。

科学家化了八年的时间，成功找出线虫的二万多种基因，排列线虫九千七百多万个脱氧核醣核酸(DNA)基本组别；科学家现正努力找出人类八万多种基因，排列三十亿个脱氧核醣核酸基本组别，这项研究，希望在二零零三年完成。

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C.Elegans与RNAi的研究

1995年，康乃尔大学的Su Guo博士在试图阻断秀丽新小杆线虫（C. elegans）中的par-1基因时，发现了一个意想不到的现象。她们本是利用反义RNA技术特异性地阻断上述基因的表达，而同时在对照实验中给线虫注射正义RNA（sense RNA）以期观察到基因表达的增强。但得到的结果是二者都同样地切断了par-1基因的表达途径。这是与传统上对反义RNA技术的解释正好相反的。该研究小组一直没能给这个意外以合理解释。

直到1998年2月，华盛顿卡耐基研究院的Andrew Fire和马萨诸塞大学医学院的Craig Mello才首次揭开这个悬疑之谜。通过大量艰苦的工作，他们证实，Su Guo博士遇到的正义RNA抑制基因表达的现象，以及过去的反义RNA技术对基因表达的阻断，都是由于体外转录所得RNA中污染了微量双链RNA而引起。当他们将体外转录得到的单链RNA纯化后注射线虫时发现，基因抑制效应变得十分微弱，而经过纯化的双链RNA却正好相反，能够高效特异性阻断相应基因的表达。该小组将这一现象称为RNA干扰（RNA interference ,简称RNAi）。

在随后的短短一年中，RNAi现象被广泛地发现于真菌、拟南芥、水螅、涡虫、锥虫、斑马鱼等大多数真核生物中。这种存在揭示了RNAi很可能是出现于生命进化的早期阶段。随着研究的不断深入，RNAi的机制正在被逐步阐明，而同时作为功能基因组研究领域中的有力工具，RNAi也越来越为人们所重视。

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2002年诺贝尔奖：程序性细胞死亡

10 月7日，卡罗林斯卡学院的诺贝尔奖委员会决定将2002年度的诺贝尔生理学或医学奖颁发给75岁的悉尼布雷内（Sydney Brenner）、60岁的约翰苏尔斯顿（John E. Sulston）和55岁的罗伯特霍维茨（Robert Horvitz），以表彰他们在过去的30年中在“器官发育和程序性细胞死亡的遗传调节”方面所做出的发现。但包括《纽约时报》在内的多家媒体在评论这一奖项时，不约而同地指出，在这个获奖名单上，还应该出现一个名字，那就是生命周期只有9天的线虫（Caenorhabditis elegans，简称为C.elegans）。

一条成年线虫的身长不过1毫米，仅由959个细胞组成。然而，这种简单的生物在人类基因学研究上的地位却至关重要。它是人类绘出完整基因图谱的第一种生物。当人类基因组计划与塞雷拉基因公司共同于2000年6月公布人类基因图谱时，科学家惊讶地发现，线虫与人类基因重合之处的数量多得惊人。在发表于1998年12月11日《科学》杂志的论文中，本次诺贝尔奖获得者之一的苏尔斯顿就指出过:“人类在基因学上远比从前想象的更接近于这种1毫米长的蠕虫。”

苏尔斯顿并不是第一个注意到这种相似性的科学家。在这个问题上，曾经发现了信使RNA（messenger RNA，可以将信息从DNA传递给蛋白质的一种RNA）的布雷内是公认最具前瞻性和洞察力的人。

从严格意义上讲，1927年出生于南非的布雷内并非国内多数媒体在报道中所称的“英国人”，但他一生中做出的最重要发现的确都离不开牛津和剑桥这两个名字。 1954年，布雷内在牛津大学获得化学博士学位，从1957年到1986年，他一直在剑桥大学的分子生物实验室工作。在这期间，为了研究大脑工作原理，他选择了线虫作为新的实验动物。虽然后来的研究显示，这种线虫的大脑依然过于复杂而难以分析，但布雷内却看到了它作为研究动物胚胎发育过程的最完美模型的光明前景。

很早以前，研究胚胎发育的生物学家们就发现了程序性细胞死亡（programmed cell death）现象。就像在蝌蚪变成青蛙的过程中会失去尾巴一样，某些细胞的死亡对于胚胎发育来说是必需的。这种细胞死亡使手指和脚趾得以分离，而许多生命早期阶段的神经细胞也会逐渐死去，被更高级的神经细胞所取代。为了使人体的肌肉、血液、心脏和神经系统正常运转，细胞裂变和细胞死亡都不可或缺。正常而健康的生命需要不停的细胞分裂以生成新的更有活力的细胞，但如果没有细胞死亡，组织器官就无法保持平衡。对于一个成年人来说，每天都要产生一万亿个左右的细胞，而同时，同样数目的细胞则会依照基因控制的“自杀程序”死去。这个过程，就被称为“程序性细胞死亡”。

程序性细胞死亡的重要意义，在于它能够揭示许多困扰人类已久的疾病的机理。在艾滋病、帕金森症、中风和心肌梗塞等疾病中，过度的细胞死亡引起细胞数量大幅度减少，从而导致器官功能的丧失。免疫系统疾病和癌症患者所面临的则是细胞死亡减少的问题。这会使他们的体内充斥通常应该死去的“坏细胞”，使整个生命系统的状态恶化。

程序性细胞死亡及其变异的发现让人们看到了寻找灵丹妙药的希望所在，然而，寻找的过程并不容易。面对数目无比巨大的人类细胞和基因，研究人员必须寻找一种相对简单的实验对象来完成自己的使命。
对于本年度的三位获奖者来说，这个实验对象就是线虫。

在显微镜下，透明的线虫能够相当完美地向科学家展示出它从受精卵裂变发育成为成虫的整个过程。所有的线虫的细胞分裂都是相同的:在发育过程中，一共生成1090个细胞，但其中的131个细胞通过程序性细胞死亡的方式死去，因此，成年线虫的身体仅由959个实体细胞构成。

从1974年起，布雷内就在多种学术出版物上发表论文指出，线虫体内某种特殊的基因同它器官发育有关。他的论文启发了苏尔斯顿，后者将布雷内的工作进一步扩展，并开创了一套研究线虫从受精卵到成虫的全部细胞分化的技术手段。1976年，苏尔斯顿开始发表线虫发育中的神经系统的细胞谱系，并指出该谱系的不变性（即每个线虫都会遵循同样的细胞分化和变异过程）。通过这些研究，苏尔斯顿找出了线虫程序性死亡过程中必然会死去的那些特定细胞，并确定了第一个参与程序性细胞死亡的基因nuc-1。

如果从实际应用的角度来看，霍维茨的工作可能对医药业的意义最为巨大。在布雷内和苏尔斯顿研究的基础上，霍维茨成为了那个“找出细胞自杀的秘密的人”。迄今为止，他已经找到了两个货真价实的“死亡基因”ced-3和ced-4。此外，在最近的研究中，他还发现，名为ced-9的基因在与ced-4和ced- 3交互作用时，可以防止细胞死亡。更重要的是，霍维茨的研究结果显示，人类基因图谱中也包含类似于ced-3的基因，而与控制线虫细胞死亡有关的大多数基因都能够在人类基因图谱中找到对应基因。

30年来对线虫的程序性细胞死亡的研究，为布雷内、苏尔斯顿和霍维茨赢得了100万美元的奖金。但它的经济价值远远不止于此。目前世界上与这三位科学家研究成果相关的制药公司研究中的新产品多达百余种，制药业巨头葛兰素史克更不会放弃其旗下威康基金会资助的这项研究的诱人收益前景。