De les molècules als sistemes
A la dècada de 1960, s’havien elucidat les fites més importants de la biologia molecular. S’havia determinat que l’ADN era el material genètic, l’estructura de doble hèlix d’aquest i desxifrat el codi genètic gràcies a organismes model molt simples com els bacteris i els virus. En aquell moment, doncs, molts investigadors van considerar que calia anar més enllà i investigar processos de major complexitat com el desenvolupament o els processos neuronals. En el nou context, els bacteris i els virus no resultaven útils, i tampoc els llevats. La mosca del vinagre i el ratolí, en canvi, que feia temps que es treballava amb ells al laboratori, potser eren massa complexes. Calia buscar altres éssers més adients, éssers pluricel·lulars amb una mínima complexitat.
L’elecció d’un organisme model
Tot i que en principi qualsevol ésser viu pot ser un organisme model, a la pràctica la creació d’un nou model de laboratori és una tasca força difícil. D’una banda, cal trobar l’ésser adient per estudiar un problema científic, després veure si aquest és apte per al laboratori (medis de cultiu) i desenvolupar les tècniques adients per al seu estudi. Finalment, la consolidació d’un nou organisme model també té a veure amb la creació d’una comunitat d’investigadors que comparteix els coneixements i treballa de manera cooperativa.
Mínima complexitat
L’elecció de Sidney Brenner de treballar amb C. elegans va ser molt meditada. El seu objectiu era arribar a entendre completament un organisme simple que, a la vegada, fos representatiu d’altres espècies. Calia buscar entre els organismes simples aquells que presentessin les estructures de mínima complexitat. Va ser així que aquesta espècie es va situar entre la llista de candidats, juntament amb 60 espècies de nematodes; entre els quals hi havia un parent seu anomenat Caenorhabditis briggsae. S’escollí C. elegans per la seva simplicitat i invariància en el desenvolupament, i per qüestions pràctiques al laboratori: es coneixien bé els seus requeriments i la seva sexualitat gràcies als estudis previs realitzats per Ellsworth C. Dougherty i Victor Nigon.
Apte per al laboratori
La gran habilitat de C. elegans per adaptar-se a les condicions de laboratori el van identificar finalment com el millor dels candidats per abordar el que es considerava la darrera frontera del coneixement: el sistema nerviós. Es podia cultivar fàcilment damunt de plaques de petri en agar ric en Escherichia coli, tenia una mida prou petita per cultivar fins a un centenar de cucs en una placa i es podia observar al microscopi electrònic. També, el seu sistema peculiar de reproducció era ideal per fer estudis genètics, fàcilment controlables, que podien aïllar els hermafrodites per fer creuaments purs o bé crear nou material genètic mitjançant el creuament amb els mascles.
Worm workers
A la dècada de 1970 i 1980, el cuc va començar a atraure més investigadors que passaven pel laboratori de Brenner. Alguns d’aquests després reprenien les investigacions, i creaven una línia de recerca pròpia en els seus països d’origen. Poc a poc, es va anar creant una petita comunitat del cuc que compartia interessos i serveis. Un exemple d’aquest esperit és la publicació periòdica Worm Breeder’s Gazette, que sortia dues vegades l’any. La comunitat del “projecte cuc”, des de llavors, es va distribuir i es va fer popular a tot el món científic.
La importància de tenir 959 cèl·lules
Una de les peculiaritats d’aquest cuc és que té un nombre definit i determinat de cèl·lules. L’any 1983, John Sulston, Robert Horvitz, i d’altres investigadors, van determinar que, en l’adult, C. elegans tenia un llinatge complet de 959 cèl·lules somàtiques, que es mantenia d’animal a animal. Aquest fet, feia possible conèixer el destí de cada una de les cèl·lules i, amb la tècnica d’ablació cel·lular amb làser, establir les pautes de desenvolupament de tot l’organisme complet. L’avantatge de tenir el nombre de cèl·lules fix, curiosament, és una característica atípica a la natura.
Perdre 131 cèl·lules pel camí
959 és el nombre de cèl·lules que conté el nematode adult. En els estadis inicials de desenvolupament, però, C. elegans en té un centenar més. Concretament, té 1090 cèl·lules de les quals 131 moren, de forma invariable, durant el desenvolupament. Aquest fet es descobrí l’any 1976: en el procés de mapejar el llinatge de les 1090 cèl·lules de C. elegans, els investigadors John Sulston i Robert Horvitz van veure durant el desenvolupament del cuc, que 131 cèl·lules morien de manera coordinada i programada. Això posà en evidència que el fenomen de la mort cel·lular programada és essencial i necessari per a la vida dels organismes. En el cuc s’han identificat 14 gens implicats en aquest procés anomenats ced (C.elegans death). D’entre ells, els ced-3 i ced-4 són necessaris per a la destrucció d’aquelles 131 cèl·lules.
Recerca pionera
En la seva curta vida com a organisme model C. elegans ha participat en l'obtenció de varis premis Nobel: Sydney Brenner com a pare dels "cucaires", i John Sulston i Robert Horvitz que van treballar sobre l’apoptosi, en van merèixer tres d’ells. A més a més, alguns treballs amb el cuc han estat pioners en el desenvolupament d'eines genètiques, les quals després s'han fet universals. La tècnica ARNi, ARN d’interferència, va ser descrita primer al cuc. Es tracta d’un mecanisme bàsic de regulació dels gens que com a tècnica per l’anàlisi funcional del genoma permet introduir seqüències ben definides d’ARN de cadena doble al cuc i silenciar virtualment qualsevol gen. D'altra banda, la tècnica basada en la proteïna Green Fluorescent Protein, en la que C. elegans també va ser pioner, a més a més del fet que és un animal completament transparent, va permetre el seu ús per al seguiment de processos biològics “in vivo”.
Dibuixar la ment del cuc
Una de les principals conquistes de la recerca amb C. elegans va ser ‘dibuixar la ment del cuc’. A través d’una successió de talls observats al microscopi, la idea era visualitzar tots els nervis i les connexions sinàptiques del cuc. John White i Nichol Thompson analitzaren 20.000 micrografies electròniques i traçaren aproximadament 8.000 connexions de les 302 neurones del cuc. Malgrat que de l’estructura no sempre se’n correspon la funció, aquesta recerca, que es coneix amb el nom de “wiring diagram”, va ser l’intent més aconseguit de comprendre els circuits sinàptics del sistema nerviós.
