A fentebb kiemelt számos közelmúltbeli előrelépés ellenére a C. elegansban a feromonjelzéssel kapcsolatos ismereteink korlátozottak, különösen a természetes élőhelyek és a kiemelkedő ökológiai kölcsönhatások összefüggésében. Ezt az áttekintést azzal zárjuk, hogy két nagy problémakategóriát azonosítunk, amelyekkel a terület kutatói jelenleg szembesülnek, és javaslatokat teszünk arra, hogy a rendszerbiológusok hogyan járulhatnának hozzá ehhez az erőfeszítéshez:
I.
Aszkarozid feromonok termelése és perdurance természetes élőhelyeken – Hogyan közvetítenek a feromonok információt egy egyed tapasztalatairól? Hogyan találkoznak az egyedek a feromonokkal a természetes környezetben?
a.
1. cél: A feromonok térbeli eloszlásának feltárása
Az nem világos, hogy az állatok milyen mértékben bocsátanak ki feromonokat konstitutívan vagy szituációsan. Az is ismeretlen, hogy a feromonkeverékek egyes molekulái egymástól függetlenül vagy összehangolt impulzusokban szabadulnak-e fel. Ezeknek a kérdéseknek a tisztázása szükséges annak megértéséhez, hogy a C. elegans hogyan érzékeli a feromonjeleket. Az aszkarozidok várhatóan könnyen diffundálnak abban a környezetben, amelyben a fonálférgek élnek. Ez felveti azt a kérdést, hogy az állatok hogyan tesznek különbséget a különböző küldőktől származó jelek – egy forrásból kiinduló gradiensek vagy több aszkarozidból álló diszkrét “csomagok” – között. A tömegspektrometriás képalkotás olyan technika, amely potenciálisan felhasználható az olyan vegyületek, mint az aszkarozid feromonok térbeli eloszlásának jellemzésére.
b.
2. cél: Annak meghatározása, hogy a feromonok eloszlása hogyan változik az idő múlásával
Nagyrészt nem világos, hogy mi történik az aszkarozid feromonokkal, miután a környezetbe kerültek, és hogy módosulnak-e vagy lebomlanak-e vagy sem. A különböző kémiai részek és zsírsavláncok arra utalnak, hogy a különböző aszkarkozidok lebomlási és diffúziós sebessége eltérő lehet. Ezen sebességek kísérleti mérései segíthetnének annak meghatározásában, hogy az állatok hogyan tesznek különbséget a különböző feromonforrások között, és hogy a befogadók a különböző aszkarozid komponensek eltérő lebomlása vagy módosulása alapján meg tudják-e becsülni, hogy a jelet a küldő mikor bocsátotta ki.
c.
3. cél: Feromonok jellemzése természetes mintákban
Kritikus, hogy az eddig azonosított feromonokat laboratóriumi körülmények között mutatták ki. Lehetséges, hogy a természetes élőhelyeken más és más fonalféregfajokra, kórokozókra vagy táplálkozásra reagálva más aszkarozidok szabadulnak fel. Emellett a C. elegans természetes élőhelyein jelenlévő, nem elegans forrásból származó aszkarozidok még mindig kevéssé jellemzettek. A metabolomika felhasználható a C. elegans-t tartalmazó környezeti mintákban található feromonok felmérésére.
II.
A feromonok érzékelése a befogadók idegi áramkörei által – Hogyan fejtik meg az adó által közvetített üzeneteket a befogadó? Meg tudják-e különböztetni a férgek a saját fajuk által kibocsátott őszinte üzeneteket más fajok és csalók által kibocsátott üzenetektől?
a.
1. cél: A C. elegans kemoreceptorainak kísérleti összekapcsolása az aszkarozid ligandokkal
A C. elegans valószínűleg több tucat, ha nem több száz kemoreceptorgént szentel az aszkarozidok érzékelésére, de a ligandok és receptorok közötti megfelelés még nagyrészt ismeretlen. Drosophilában és emberben nagyméretű heterológ próbákat alkalmaztak arra, hogy nagyszámú receptort összekapcsoljanak specifikus szaganyagokkal. C. elegansban alacsony áteresztőképességű heterológ megközelítéseket alkalmaztak a feromonreceptorok azonosítására, de ezeket a kísérleteket ki lehetne terjeszteni az egész genomra kiterjedő szintre. A heterológ esszenciákból származó ígéretes jelöltek könnyen tesztelhetők in vivo a CRISPR segítségével.
b.
2. cél: In silico előrejelzés aszkarozid/kemoreceptor párokról
Ezzel párhuzamosan liganddokkolás és molekuláris dinamika segítségével megjósolhatóak az adott kemoreceptorhoz kötött aszkarozid feromonok, kizárólag a fehérje szekvencia információkra támaszkodva. Siker esetén ez a megközelítés kiterjeszthető a genomszekvenciákkal rendelkező rokon fonálférgek egyre növekvő számára. Hogyan változik az aszkarkozid-érzet a különböző fajoknál a feromonok felszabadulásával összefüggésben? Milyen mértékben érzékelik a fajok a más fajok által termelt aszkarozidokat?
c.
3. cél: Az aszkarozidjelek feldolgozására használt érzékelő neuronok jellemzése
A jelölt aszkarozidkötő GPCR-ek azonossága felhasználható lenne annak meghatározására, hogy mely neuronok expresszálják őket, ami az idegrendszer feromonjelek feldolgozására szánt érzékszervi részének részletes térképét adná. A Gα fehérjék expressziójának hasonlóan részletes (egy neuronra vonatkozó felbontású) térképével és a GPCR-ek és a Gα fehérjék közötti fizikai kapcsolatok azonosítására irányuló kísérletekkel párosítva segítene tesztelni azokat a molekuláris mechanizmusokra vonatkozó hipotéziseket, amelyek az aszkarkozidok idegrendszeri detektálását jellemző specifitást és jelszétválasztást eredményezik.