環境汚染物質に敏感なセンサーとしてのバクテリア線虫Caenorhabditis elegansの腸内細胞の核

The Nucleus of Intestinal Cells of the Bacterivore Nematode Caenorhabditis elegans as a Sensitive Sensor of Environmental Pollutants.

• Annette Piechulek
• Lutz Berwanger
• Peter Hemmerich
• Anna von Mikecz

抄録

環境問題は、気候変動、生物多様性の危機、地球規模での環境汚染など多岐にわたっています。私たちは、水銀やナノ粒子などの汚染物質の生体影響を敏感に感知するセンサーとして細胞核を同定しました。汚染物質の生物への取り込み経路の主要なものは摂取であることから、線虫丸虫Caenorhabditis elegansの単腸細胞を用いた試験システムを開発しました。メチルトランスフェラーゼ・フィブリラリン（FIB-1::GFP）のレポーターワームの細胞核を顕微鏡で観察したところ、シリカナノ粒子、BULKシリカ粒子、銀ナノ粒子、イオン性AgNO、無機水銀（HgCl）などの汚染物質に特異的な核染色パターンが確認された。レポーターワームをマイクロタイタープレート上で液体培養することで、より多くの汚染物質や環境からのサンプルの費用対効果の高いスクリーニング、例えばメソコズム分析が可能になりました。線虫は実験室と生態系の中で二重の生活をしているので、核の構造と機能の変化は、環境汚染物質が野生のワームの体力を低下させ、生物多様性に悪影響を与えることを説明することができるかもしれません。

Prevalent environmental challenges are climate change, the biodiversity crisis, and the global scale of environmental pollution. We identified the cell nucleus as a sensitive sensor for bio-effects of pollutants such as mercury and nanoparticles. As a major route of pollutant uptake into organisms is ingestion, we have developed a test system that uses single intestinal cells of the nematode roundworm Caenorhabditis elegans. Microscopic observation of the cell nucleus in reporter worms for the methyltransferase fibrillarin (FIB-1::GFP) revealed nuclear staining patterns that are specific for pollutants such as silica nanoparticles, BULK silica particles, silver nanoparticles, ionic AgNO, and inorganic mercury (HgCl). While the underlying molecular mechanisms need further investigation, cultivation of the reporter worms in liquid culture on microtiter plates now enables cost-effective screening of more pollutants and samples from the environment, e.g., mesocosm analyses. As C. elegans leads a dual life in the lab and in ecosystems, alteration of nuclear structure and function may likewise explain how environmental pollutants reduce the fitness of wild worms and thus may negatively affect biodiversity.