Viktiga vetenskapliga nyheter: biologer från Tufts University (USA) har lyckats återställa förmågan att regenerera svansvävnaden i grodyngel.
Sådant arbete kan betraktas som vanligt, om inte under en omständighet: resultatet uppnåddes på ett icke-trivialt sätt med optogenetik, som baseras på kontrollen av cellaktivitet med hjälp av ljus.
Det slutgiltiga målet för alla sådana studier är att upptäcka de naturliga mekanismerna som styr reparationen av kroppsdelar och lära sig att sätta på dem hos människor. Tadpoles är perfekta för denna uppgift, eftersom de i ett tidigt utvecklingsstadium behåller förmågan att ersätta förlorade lemmar, men sedan tappar de plötsligt det. Om du klipper av svansen hos individer som har gått in i den så kallade eldfasta perioden kommer de inte längre att kunna återväxa den.
Interna system som kontrollerar regenerering finns fortfarande i deras kroppar, men av någon anledning stoppas de. Michael Levin och hans kollegor fick dem att arbeta igen, vilket effektivt gjorde fysiologisk tid tillbaka.
Hur de gjorde det är fantastiskt. En grupp svansfria grodynglar höjdes i en behållare upplyst med korta ljusblixtar i två dagar; den andra levde i fullständigt mörker. Som ett resultat återhämtade sig grodynglarna i den första gruppen fullfjädrad svansvävnad, inklusive strukturerna i ryggraden, muskler, nervändar och hud. De andra grodynglarna kunde inte övervinna följderna av amputation, som det borde vara i deras ålder.
Om det låter som ett trick är det bara delvis. För att förstå varför detta hände måste du förklara principen bakom experimentet. Faktum är att alla djur i samma skede av livscykeln utsattes för identiska manipulationer. Det enda som utmärkte de två grupperna var närvaron eller frånvaron av belysning. Ljus var dock inte den verkliga orsaken till förändringen. Det fungerade som en fjärrbrytare och aktiverade en faktor som (inte helt klart) utlöste regenereringsprocessen. En sådan faktor var hyperpolarisering av cellernas transmembranpotentialer; eller, enklare, bioelektricitet.
Optogenetik gör det relativt enkelt att utforma ett experiment. MRNA-molekylerna i det ljuskänsliga proteinet archerhodopsin injicerades i grodyngel. Detta ledde till att efter en stund på ytan av vanliga celler som ligger i vävnadens tjocklek uppträdde "pumpproteiner". Under villkoret av stimulering med ljus (och endast i detta fall) inducerade de jonströmmen genom membranet och ändrade därmed dess elektriska potential.
Faktum är att bortsett från ljusaktiverade membranpumpar har forskare inte erbjudit något att hjälpa grodyngel. Men bara en effekt på cellernas elektriska egenskaper räckte för att utlösa en komplex kaskad av regenereringsprocesser i kroppen. I sin tur, tack vare optogenetik, är det lika enkelt som att beskjuta päron att orsaka dessa förändringar från utsidan, du behöver bara skina ljus på grodyngeln.
Kampanjvideo:
Regenerering är fortfarande ett av biologiens främsta mysterier. År 2005 inkluderade tidskriften Science följande fråga bland de 25 viktigaste problemen som vetenskapen står inför: Vad styr organregenerering? Tyvärr har forskare ännu inte kunnat förstå varför vissa djur i något skede av deras liv fritt återställer de förlorade delarna av kroppen, medan andra förlorar denna förmåga för alltid. En gång i tiden visste din kropp hur man växer ett öga eller en arm.
Det var för länge sedan, i början av livet som embryo. Experter är intresserade av var denna kunskap försvinner och om det är möjligt att återuppliva den igen hos en vuxen. För tillfället fokuserar sökandet efter de flesta biologer främst på uttryck av gener eller kemiska signaler. I Michael Levins laboratorium hoppas de hitta svaret på regenereringsgåten i ett annat fenomen, bioelektricitet, och dessa förhoppningar är tydligen inte utan grund.
Det faktum att elektriska strömmar finns i en levande organism har varit känt sedan Galvanis experiment. Men få har studerat deras inverkan på utvecklingen så nära som Levin gör. Bioelektricitet har länge haft en chans att bli ett värdigt experimentämne, men den molekylära revolutionen i biologin under andra hälften av 1900-talet drev forskningsintresset i denna fråga till vetenskapens marginaler.
Levin, som kommer från datormodellering och genetik, använder de modernaste metoderna som saknades från hans föregångare, återvänder faktiskt denna riktning till den biologiska mainstream. Hans entusiasm är baserad på tron att elektricitet är ett grundläggande fysiskt fenomen, och evolutionen kunde inte låta bli att använda den i grundläggande processer, såsom organismens utveckling.
Genom att ändra cellernas transmembranpotential kan forskaren instruera vävnaderna i grodyngeln att växa ett öga i ett förutbestämt område av kroppen. Ett fotografi av en sexbent groda hänger på väggen i hans laboratorium. Ytterligare lemmar uppträdde i henne enbart som ett resultat av exponering för elektriska bioströmmar. Till skillnad från neuroner är vanliga celler oförmögna att skjuta, men de kan konsekvent överföra signaler genom hela kroppen genom gapkorsningar. Om en planarian, en liten mask som kan regenereras, har svansen avskurna, skickas en begäran till huvudet från skärområdet för att se till att den är på plats. Blockera överföringen av denna information så kommer ett huvud att växa istället för den avsedda svansen.
Genom att manipulera olika jonkanaler som bestämmer cellernas elektriska egenskaper producerade forskare i sina experiment maskar med två huvuden, två svansar och till och med maskar med en ovanlig design med fyra huvuden. Enligt Levin fick han nästan alltid höra att hans idéer inte borde fungera. Han litade på sin intuition, och i de flesta fall misslyckades det inte.
Från dessa försök är det fortfarande mycket långt ifrån fullständig kunskap om hur man återställer en lem hos en person. Handikappade kan bara räkna med förbättringar av proteser. Det unika laboratoriet vid Tufts University letar emellertid efter något ännu mer grundläggande: liksom den genetiska koden, tror Levin, måste det finnas en bioelektrisk kod som kopplar samman gradienter och dynamiken i membranspänningen med anatomiska strukturer.
Efter att ha förstått det kommer det att vara möjligt att inte bara kontrollera regenerering utan också att påverka tillväxten av tumörer. Levin ser dem som en följd av förlusten av information om organismens form av celler, och studier av cancerproblemet är en av hans laboratories uppgifter. Som ofta är fallet kan till synes olika processer ha en enda karaktär.
Om den bioelektriska koden verkligen ligger bakom konstruktionen av olika organ i kroppen, skulle dess lösning kunna belysa två av de viktigaste problemen som mänskligheten står inför på en gång.