Viktige vitenskapelige nyheter: biologer fra Tufts University (USA) har klart å gjenopprette evnen til å regenerere halevevet i tadpoles.
Slikt arbeid kan betraktes som vanlig, om ikke for en omstendighet: resultatet ble oppnådd på en ikke-triviell måte ved bruk av optogenetikk, som er basert på kontroll av celleaktivitet ved hjelp av lys.
Det endelige målet med alle slike studier er å oppdage de naturlige mekanismene som styrer reparasjonen av kroppsdeler og lære å slå dem på hos mennesker. Tadpoles er perfekte for denne oppgaven, siden de i et tidlig utviklingsstadium beholder muligheten til å erstatte tapte lemmer, men så mister de det brått. Hvis du klipper av halen fra individer som har gått inn i den såkalte ildfaste perioden, vil de ikke lenger kunne vokse den tilbake.
Interne systemer som kontrollerer regenerering er fremdeles tilstede i kroppen, men av en eller annen grunn stoppes de. Michael Levin og hans kolleger fikk dem til å jobbe igjen, og effektivt vendte fysiologisk tid tilbake.
Slik de gjorde det er flott. En gruppe haleløse haletudser ble reist i en beholder opplyst med korte lysglimt i to dager; den andre levde i fullstendig mørke. Som et resultat ble fullverdig halevev gjenopprettet i haletudene i den første gruppen, inkludert strukturer i ryggraden, muskler, nerveender og hud. De andre tadpoles kunne ikke overvinne konsekvensene av amputasjon, slik det burde være i deres alder.
Hvis det høres ut som et triks, er det bare delvis. For å forstå hvorfor dette skjedde, må du forklare prinsippet som ligger til grunn for eksperimentet. Faktisk ble alle dyr på samme stadium av livssyklusen utsatt for identiske manipulasjoner. Det eneste som utpekte de to gruppene var tilstedeværelsen eller fraværet av belysning. Imidlertid var ikke lys den virkelige årsaken til endringen. Det fungerte som en fjernbryter, og aktiverte en faktor som (ikke helt klart) utløste regenereringsprosessen. Denne faktoren var hyperpolarisering av transmembranpotensialene til celler; eller, enklere, bioelektrisitet.
Optogenetics gjør det relativt enkelt å designe et eksperiment. MRNA-molekylene til det lysfølsomme proteinet archerhodopsin ble injisert i tadpoles. Dette førte til at det etter en tid på overflaten av vanlige celler i tykkelsen på vevet dukket opp "pumpeproteiner". Når de ble stimulert med lys (og bare i dette tilfellet), induserte de ionens strøm gjennom membranen og endret dermed det elektriske potensialet.
Faktisk, bortsett fra lysaktiverte membranpumper, har forskere ikke tilbudt noe som kan hjelpe tadpoles. Imidlertid var bare en effekt på de elektriske egenskapene til celler nok til å utløse en kompleks kaskade av regenereringsprosesser i kroppen. I sin tur, takket være optogenetikk, er det like enkelt som å beskjære pærer å forårsake disse endringene utenfra, du trenger bare å skinne lys på tadpolen.
Kampanjevideo:
Regenerering er fortsatt et av de viktigste mysteriene i biologien. I 2005 inkluderte Science magazine følgende spørsmål blant de 25 viktigste problemene som vitenskapen står overfor: Hva styrer organregenerering? Dessverre har forskere ennå ikke klart å forstå hvorfor noen dyr på et hvilket som helst stadium av livet fritt gjenoppretter de tapte kroppsdelene, mens andre mister denne evnen for alltid. En gang i tiden visste kroppen din hvordan man skulle vokse et øye eller en arm.
Det var lenge siden, helt i begynnelsen av livet som et embryo. Eksperter er interessert i hvor denne kunnskapen forsvinner og om det er mulig å gjenopplive den igjen hos en voksen. For øyeblikket er søket etter de fleste biologer hovedsakelig fokusert på uttrykk for gener eller kjemiske signaler. I Michael Levins laboratorium håper svaret på gåten om regenerering å finne et annet fenomen, bioelektrisitet, og disse håpet er tilsynelatende ikke uten grunnlag.
Det faktum at elektriske strømmer er til stede i en levende organisme har vært kjent siden Galvanis eksperimenter. Imidlertid har få studert deres innvirkning på utviklingen så nøye som Lewin gjør. Bioelektrisitet har lenge hatt en sjanse til å bli et verdig tema for eksperimenter, men den molekylære revolusjonen i biologien i andre halvdel av det 20. århundre presset forskningsinteressen for dette problemet til vitenskapens marginer.
Levin, som kommer fra datamaskinmodellering og genetikk, bruker de mest moderne metodene som var fraværende fra hans forgjengere, returnerer faktisk denne retningen til den biologiske mainstream. Hans entusiasme er basert på troen på at elektrisitet er et grunnleggende fysisk fenomen, og evolusjon kunne ikke annet enn å bruke den i grunnleggende prosesser, som for eksempel utvikling av organismen.
Ved å endre det transmembrane potensialet til celler, kan forskeren instruere vevet i tadpole å vokse et øye i et forutbestemt område av kroppen. Et fotografi av en seksbent frosk henger på veggen til laboratoriet hans. Flere lemmer dukket opp i henne bare som et resultat av eksponering for elektriske biostrømmer. I motsetning til nevroner er vanlige celler ikke i stand til å skyte, men de kan konsekvent overføre signaler til nesten hele kroppen gjennom gapkryss. Hvis en planarian, en liten orm som kan regenere seg, har halen avskåret, sendes en forespørsel til hodet fra kappområdet for å sikre at den er på plass. Blokker overføringen av denne informasjonen, og et hode vil vokse i stedet for den tiltenkte halen.
Ved å manipulere forskjellige ionekanaler som bestemmer de elektriske egenskapene til celler, produserte forskere i deres eksperimenter ormer med to hoder, to haler og til og med ormer av en uvanlig design med fire hoder. Levin sier at han nesten alltid ble fortalt at ideene hans ikke skulle fungere. Han stolte på intuisjonen sin, og i de fleste tilfeller sviktet den ikke.
Disse forsøkene er fremdeles veldig langt fra fullstendig kunnskap om hvordan man kan gjenopprette en lem hos en person. Mens funksjonshemmede bare kan stole på forbedring av proteser. Imidlertid er det unike laboratoriet ved Tufts University på jakt etter noe enda mer grunnleggende: i likhet med den genetiske koden, mener Levin, må det være en bioelektrisk kode som forbinder gradientene og dynamikken til membranspenning med anatomiske strukturer.
Etter å ha forstått det, vil det være mulig ikke bare å kontrollere regenerering, men også å påvirke veksten av svulster. Levin ser dem som en konsekvens av tap av informasjon om organismenes form av celler, og studiet av kreftproblemet er en av oppgavene til laboratoriet hans. Som ofte er tilfelle kan tilsynelatende forskjellige prosesser ha en enkelt natur.
Hvis den bioelektriske koden virkelig ligger bak konstruksjonen av ulike organer i kroppen, kan løsningen kaste lys over to av de viktigste problemene menneskeheten står overfor på en gang.
