Tärkeitä tieteellisiä uutisia: Tufts Universityn (USA) biologit ovat onnistuneet palauttamaan kyvyn regeneroida hännäkudos nuijapuissa.
Tällaista työtä voitiin pitää tavallisena, ellei yhdessä olosuhteessa: tulos saavutettiin ei-triviaalilla tavalla optogeneettistä menetelmää käyttäen, joka perustuu solun toiminnan hallintaan valon avulla.
Kaikkien tällaisten tutkimusten perimmäisenä tavoitteena on löytää luonnolliset mekanismit, jotka hallitsevat ruumiinosien uudistumista, ja oppia käynnistämään ne ihmisillä. Kölnit ovat täydellisiä tähän tehtävään, koska varhaisessa kehitysvaiheessa heillä on kyky korvata kadonneet raajat, mutta sitten ne yhtäkkiä menettävät. Jos katkaiset hännän yksilöiltä, jotka ovat tulleet niin sanottuun tulenkestävään aikaan, he eivät enää pysty kasvamaan sitä takaisin.
Sisäisiä järjestelmiä, jotka säätelevät uudistumista, on edelleen kehossaan, mutta jostain syystä ne ovat pysähtyneet. Michael Levin ja hänen kollegansa saivat heidät taas työskentelemään, mikä käänsi fysiologisen ajan takaisin.
Se, miten he tekivät sen, on hienoa. Yksi ryhmä hännätöntä nuijaa nostettiin kahden päivän ajan lyhyillä valonsäteillä valaistuun astiaan; toinen asui täydellisessä pimeydessä. Seurauksena oli, että täysimittainen häntäkudos palautui ensimmäisen ryhmän tadpoleihin, mukaan lukien selkärangan, lihasten, hermopäätteiden ja ihon rakenteet. Toiset tadpolit eivät kyenneet voittamaan amputaation seurauksia, kuten sen heidän ikänsä pitäisi olla.
Jos se kuulostaa temppuilta, se on vain osittain. Ymmärtääksesi miksi näin tapahtui, sinun on selitettävä kokeilun periaate. Itse asiassa kaikille eläimille samassa elinkaaren vaiheessa tehtiin samanlaisia manipulaatioita. Ainoa asia, joka erotti nämä kaksi ryhmää, oli valaistuksen olemassaolo tai puuttuminen. Valo ei kuitenkaan ollut muutoksen todellinen syy. Se toimi etäkytkimenä aktivoiden tekijän, joka (ei täysin selvä) laukaisi regenerointiprosessin. Tämä tekijä oli solujen transmembraanipotentiaalien hyperpolarisaatio; tai yksinkertaisemmin, bioenergia.
Optogenetiikan ansiosta kokeen suunnittelu on suhteellisen helppoa. Valoherkän proteiinin archerhodopsiinin mRNA-molekyylit injektoitiin kulmiin. Tämä johti siihen, että jonkin ajan kuluttua kudoksen paksuudessa olevien tavallisten solujen pinnalla ilmestyi "pumpun proteiineja". Kun ne stimuloidaan valolla (ja vain tässä tapauksessa), ne indusoivat ionien virran kalvon läpi muuttamalla siten sen sähköistä potentiaalia.
Itse asiassa tutkijat eivät ole valon avulla aktivoitujen membraanipumppujen lisäksi tarjonneet mitään auttamaan kulmia. Kuitenkin vain yksi vaikutus solujen sähköisiin ominaisuuksiin riitti käynnistämään kehossa monimutkaisen regenerointiprosessien kaskadin. Puolestaan optogenetiikan ansiosta on yhtä helppoa kuin päärynöiden kuorinta aiheuttaa nämä muutokset ulkopuolelta, sinun tarvitsee vain loistaa valoa kulmaraan.
Mainosvideo:
Regeneraatio on edelleen yksi biologian tärkeimmistä mysteereistä. Vuonna 2005 Science-lehti sisälsi seuraavan kysymyksen 25 tärkeimmän tieteen kohtaaman ongelman joukkoon: Mikä ohjaa elinten uudistumista? Valitettavasti tiedemiehet eivät ole vielä pystyneet täysin ymmärtämään, miksi jotkut eläimet palauttavat menetetyt ruumiinosat missä tahansa elämän vaiheessa vapaasti, kun taas toiset menettävät tämän kyvyn ikuisesti. Kerran, kehosi tiesi kuinka kasvattaa silmää tai käsivartta.
Se oli kauan sitten, aivan alkuvaiheessa. Asiantuntijoita kiinnostaa, mistä tämä tieto katoaa ja onko mahdollista elvyttää se uudelleen aikuisella. Tällä hetkellä useimpien biologien haku keskittyy pääasiassa geenien tai kemiallisten signaalien ilmentämiseen. Michael Levinin laboratoriossa vastaus regeneraation arvoitukseen toivoo löytyvän toisesta ilmiöstä, bioelektristä, ja nämä toivot eivät ilmeisesti ole perusteettomia.
Se, että sähkövirrat ovat läsnä elävässä organismissa, on tiedetty Galvanin kokeiden ajoista lähtien. Harvat ovat kuitenkin tutkineet niiden vaikutusta kehitykseen yhtä tarkasti kuin Lewin. Biosähköllä on pitkään ollut mahdollisuus tulla arvokkaaksi kokeiden aiheeksi, mutta biologian molekyylimurros 1900-luvun jälkipuoliskolla työnsi tutkimuksen kiinnostuksen asiaan tieteen marginaalille.
Tietokonemallinnuksen ja genetiikan alalta tuleva Levin, joka käyttää nykyaikaisimpia menetelmiä, joita edeltäjiltä puuttui, palaa itse asiassa tähän suuntaan biologiseen valtavirtaan. Hänen innostuksensa perustuu uskomukseen, että sähkö on fyysinen perusilmiö, eikä evoluutio voinut olla käyttämättä sitä perusprosesseissa, kuten organismin kehityksessä.
Muuttamalla solujen läpikalvopotentiaalia tutkija voi ohjeistaa tadpolin kudoksia kasvattamaan silmää ennalta määrätyllä kehon alueella. Valokuva kuuden jalan sammakosta roikkuu hänen laboratorionsa seinällä. Muita raajoja ilmestyi hänessä yksinomaan seurauksena altistumisesta sähköisille biovirroille. Toisin kuin neuronit, tavalliset solut eivät kykene ampumaan, mutta ne voivat johdonmukaisesti lähettää signaaleja koko kehossa rakosiltojen kautta. Jos planeetalla, pienellä matolla, joka voi uusiutua, on häntä katkaistu, päähän lähetetään leikkausalueelta pyyntö varmistaa, että se on paikallaan. Estä näiden tietojen lähettäminen, ja pää kasvaa suunnitellun hännän sijasta.
Käsittelemällä erilaisia ionikanavia, jotka määrittävät solujen sähköiset ominaisuudet, tutkijat tuottivat kokeissaan matoja, joissa oli kaksi päätä, kaksi häntää ja jopa epätavallisen muotoisia matoja, joissa oli neljä päätä. Levinin mukaan hänelle kerrottiin melkein aina, että hänen ideoidensa ei pitäisi toimia. Hän luotti intuitioonsa, ja useimmissa tapauksissa se ei epäonnistunut.
Näistä yrityksistä on edelleen hyvin kaukana täydellisestä tiedosta, miten raaja palautetaan ihmisessä. Vammaiset ihmiset voivat luottaa vain proteesien parantamiseen. Tuftsin yliopiston ainutlaatuinen laboratorio etsii kuitenkin jotain vielä perustavanlaatuisempaa: kuten geneettinen koodi, Levin uskoo, on oltava bioelektrinen koodi, joka yhdistää kalvojännityksen kaltevuudet ja dynamiikan anatomisiin rakenteisiin.
Sen ymmärtämisen jälkeen on mahdollista paitsi hallita uudistumista myös vaikuttaa kasvainten kasvuun. Levin näkee ne seurauksena siitä, että solut menettävät tietoa organismin muodosta, ja syöpäongelman tutkiminen kuuluu hänen laboratorionsa tehtäviin. Kuten usein tapahtuu, näennäisesti erilaisilla prosesseilla voi olla yksi luonne.
Jos bioelektroninen koodi on todellakin kehon eri elinten rakentamisen takana, sen ratkaisu saattaa valaista kahta ihmiskunnan tärkeintä ongelmaa kerralla.