Svarbios mokslinės naujienos: biologams iš Tufts universiteto (JAV) pavyko atkurti gebėjimą atkurti uodegos audinį buožgalviuose.
Tokį darbą būtų galima laikyti įprastu, jei ne viena aplinkybė: rezultatas buvo pasiektas ne trivialiu būdu, naudojant optogenetiką, kurios pagrindas yra ląstelių aktyvumo kontrolė šviesos pagalba.
Galutinis visų tokių tyrimų tikslas yra atrasti natūralius mechanizmus, kurie kontroliuoja kūno dalių taisymą, ir išmokti juos įjungti žmonėms. Buožgalviai puikiai tinka šiai užduočiai atlikti, nes ankstyvoje vystymosi stadijoje jie išlaiko galimybę pakeisti prarastas galūnes, tačiau tada staiga ją praranda. Jei nukirpsite uodegą asmenims, patekusiems į vadinamąjį atsparųjį laikotarpį, jie nebegalės jo atauginti.
Vidinės sistemos, kontroliuojančios regeneraciją, jų organizme vis dar yra, tačiau kažkodėl jos sustojo. Michaelas Levinas ir jo kolegos vėl privertė juos dirbti, veiksmingai pasukdami fiziologinį laiką atgal.
Tai, kaip jie tai padarė, yra puiku. Viena grupė be uodegos buožgalvių dvi dienas buvo pakelta trumpais šviesos pliūpsniais apšviestame inde; kitas gyveno visiškoje tamsoje. Todėl pirmosios grupės buožgalviai atsigavo pilnavertį uodegos audinį, įskaitant stuburo, raumenų, nervų galūnių ir odos struktūras. Antrieji buožgalviai nesugebėjo įveikti amputacijos pasekmių, kaip turėtų būti jų amžiuje.
Jei tai skamba kaip gudrybė, tai tik iš dalies. Norėdami suprasti, kodėl taip atsitiko, turite paaiškinti eksperimento pagrindą. Iš tiesų, visiems gyvūnams, esantiems tame pačiame gyvenimo ciklo etape, buvo taikomos identiškos manipuliacijos. Vienintelis dalykas, kuris išskyrė abi grupes, buvo apšvietimo buvimas ar nebuvimas. Tačiau šviesa nebuvo tikroji pokyčių priežastis. Jis tarnavo kaip nuotolinis jungiklis, suaktyvindamas veiksnį, kuris (ne visiškai aiškus) sukėlė regeneracijos procesą. Toks veiksnys buvo ląstelių transmembraninių potencialų hiperpoliarizacija; arba paprasčiau tariant, bioelektros.
Optogenetikos dėka yra gana lengva sukurti eksperimentą. Šviesai jautraus baltymo archerhodopsino mRNR molekulės buvo suleistos į buožgalvius. Tai paskatino tai, kad praėjus tam tikram laikui ant įprastų ląstelių paviršiaus, esančio audinio storyje, atsirado „pumpiniai baltymai“. Stimuliuodami šviesa (ir tik šiuo atveju), jie sukėlė jonų srovę per membraną, tuo pakeisdami jos elektrinį potencialą.
Tiesą sakant, be šviesos aktyvuojamų membraninių siurblių, mokslininkai nieko nepadėjo padėti buožgalviams. Tačiau pakako tik vieno poveikio elektrinėms ląstelių savybėms, kad sukeltų sudėtingą organizmo regeneracijos procesų kaskadą. Savo ruožtu optogenetikos dėka šiuos pokyčius iš išorės sukelti taip pat lengva, kaip kriaušių lukštenimas, tereikia apšviesti buožgalvį.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Regeneracija išlieka viena pagrindinių biologijos paslapčių. 2005 m. Žurnalas „Science“įtraukė šį klausimą į 25 svarbiausias mokslo problemas: kas kontroliuoja organų regeneraciją? Deja, mokslininkams dar nepavyko iki galo suprasti, kodėl kai kurie gyvūnai bet kuriame savo gyvenimo etape laisvai atkuria prarastas kūno dalis, o kiti praranda šį sugebėjimą visam laikui. Kažkada jūsų kūnas mokėjo išauginti akį ar ranką.
Tai buvo labai seniai, pačioje embriono gyvenimo pradžioje. Ekspertus domina, kur dingsta šios žinios ir ar įmanoma jas vėl atgaivinti suaugusiam žmogui. Šiuo metu daugumos biologų paieškos daugiausia yra nukreiptos į genų ar cheminių signalų išraišką. Michaelo Levino laboratorija tikisi rasti atsakymą į regeneracijos galvosūkį kitame reiškinyje - bioelektroje, ir šios viltys, matyt, nėra be pagrindo.
Tai, kad gyvame organizme yra elektrinių srovių, buvo žinoma dar nuo Galvani eksperimentų laikų. Tačiau nedaugelis jų poveikį vystymuisi ištyrė taip atidžiai kaip Lewinas. Bioelektrika jau seniai turėjo galimybę tapti verta eksperimentų tema, tačiau XX a. Antrojoje pusėje vykusi molekulinė biologijos revoliucija nustūmė mokslinius tyrimus šiuo klausimu į mokslo ribas.
Levinas, kilęs iš kompiuterinio modeliavimo ir genetikos srities, naudodamas moderniausius metodus, kurių nebuvo jo pirmtakuose, iš tikrųjų grąžina šią kryptį biologinei pagrindinei srovei. Jo entuziazmas grindžiamas įsitikinimu, kad elektra yra pagrindinis fizinis reiškinys, o evoliucija negalėjo jos nenaudoti esminiuose procesuose, pavyzdžiui, organizmo vystymesi.
Keisdamas transmembraninį ląstelių potencialą, mokslininkas gali nurodyti buožgalvio audiniams auginti akį iš anksto nustatytoje kūno vietoje. Ant jo laboratorijos sienos kabo šešiakojės varlės nuotrauka. Papildomos galūnės joje atsirado vien dėl elektrinių biologinių srovių poveikio. Skirtingai nuo neuronų, įprastos ląstelės negali šaudyti, tačiau jos gali nuolat perduoti signalus visame kūne per tarpų jungtis. Jei planarui, mažam kirminui, kuris gali atsinaujinti, nukirsta uodega, iš nupjautos vietos į galvą siunčiamas prašymas įsitikinti, kad ji yra vietoje. Užblokuokite šios informacijos perdavimą, o vietoj numatytos uodegos išaugs galva.
Mokslininkai, manipuliuodami įvairiais jonų kanalais, lemiančiais elektrines ląstelių savybes, savo eksperimentuose gamino kirminus su dviem galvomis, dviem uodegomis ir net neįprasto dizaino kirminus su keturiomis galvomis. Levinas sako, kad jam beveik visada buvo sakoma, kad jo idėjos neturėtų veikti. Jis rėmėsi savo intuicija, ir daugeliu atvejų tai nepasisekė.
Iki šių bandymų dar toli gražu nėra išsamių žinių, kaip atkurti žmogaus galūnę. Nors neįgalieji gali tikėtis tik protezų tobulinimo. Tačiau unikalioje Tuftso universiteto laboratorijoje jie ieško kažko dar esminio: kaip ir genetinis kodas, Levino manymu, turi būti bioelektrinis kodas, susiejantis membranos įtempimo gradientus ir dinamiką su anatominėmis struktūromis.
Tai supratus bus galima ne tik kontroliuoti regeneraciją, bet ir paveikti navikų augimą. Levinas juos laiko ląstelių prarastos informacijos apie organizmo formą pasekme, o vėžio problemos tyrimas yra vienas iš jo laboratorijos uždavinių. Kaip dažnai būna, iš pažiūros skirtingi procesai gali turėti vieną pobūdį.
Jei bioelektrinis kodas iš tikrųjų slypi už įvairių kūno organų konstrukcijos, jo sprendimas gali išaiškinti dvi svarbiausias problemas, su kuriomis susiduria žmonija vienu metu.