Svarīgas zinātniskas ziņas: Tufta universitātes (ASV) biologiem ir izdevies atjaunot spēju atjaunot astes audus kurkuļos.
Šādu darbu varētu uzskatīt par parastu, ja ne par vienu apstākli: rezultāts tika sasniegts nenozīmīgā veidā, izmantojot optogenētiku, kuras pamatā ir šūnu aktivitātes kontrole ar gaismas palīdzību.
Visu šādu pētījumu galvenais mērķis ir atklāt dabiskos mehānismus, kas kontrolē ķermeņa daļu remontu, un uzzināt, kā tos ieslēgt cilvēkiem. Kurkuļi ir lieliski piemēroti šim uzdevumam, jo agrīnā attīstības stadijā tie saglabā spēju aizstāt zaudētās ekstremitātes, bet pēc tam pēkšņi to zaudē. Ja jūs nogriezat asti indivīdiem, kuri iestājušies tā sauktajā ugunsizturīgajā periodā, viņi vairs nevarēs to ataugt.
Iekšējās sistēmas, kas kontrolē reģenerāciju, joprojām atrodas viņu ķermenī, taču nez kāpēc tās ir apstājušās. Maikls Levins un viņa kolēģi lika viņiem atkal strādāt, faktiski atgriežot fizioloģisko laiku.
Tas, kā viņi to izdarīja, ir lieliski. Viena grupa bez astes kurkuļiem divas dienas tika pacelta traukā, kas apgaismots ar īsiem gaismas uzplaiksnījumiem; otrs dzīvoja pilnīgā tumsā. Tā rezultātā pirmās grupas kurkuļos tika atjaunoti pilnvērtīgi astes audi, ieskaitot mugurkaula, muskuļu, nervu galu un ādas struktūras. Otrie kurkuļi nevarēja pārvarēt amputācijas sekas, kā tam vajadzētu būt viņu vecumā.
Ja tas izklausās kā triks, tas ir tikai daļēji. Lai saprastu, kāpēc tas notika, jums jāpaskaidro eksperimenta pamatā esošais princips. Patiešām, visiem dzīvniekiem vienā dzīves cikla posmā tika veiktas identiskas manipulācijas. Vienīgais, kas abas grupas atšķīra, bija apgaismojuma klātbūtne vai trūkums. Tomēr gaisma nebija patiesais pārmaiņu cēlonis. Tas kalpoja kā tālvadības slēdzis, aktivizējot faktoru, kas (nav pilnīgi skaidrs) izraisīja reģenerācijas procesu. Šis faktors bija šūnu transmembrānas potenciāla hiperpolarizācija; vai, vienkāršāk sakot, bioelektrība.
Optogenētika ļauj salīdzinoši viegli izveidot eksperimentu. Gaismas jutīgā proteīna arherodopsīna mRNS molekulas tika injicētas kurkuļos. Tas noveda pie tā, ka pēc kāda laika uz parasto šūnu virsmas, kas atrodas audu biezumā, parādījās “sūkņa proteīni”. Stimulējot ar gaismu (un tikai šajā gadījumā), viņi caur membrānu izraisīja jonu strāvu, tādējādi mainot tā elektrisko potenciālu.
Faktiski, izņemot gaismu aktivizējošus membrānas sūkņus, zinātnieki neko nav piedāvājuši kurkuļiem. Tomēr, lai izraisītu sarežģītu reģenerācijas procesu kaskādi organismā, pietika tikai ar vienu efektu uz šūnu elektriskajām īpašībām. Savukārt, pateicoties optogenētikai, ir tikpat viegli, kā bumbieru lobīšana, izraisīt šīs izmaiņas no ārpuses, jums vienkārši jāspīd gaisma uz kurku.
Reklāmas video:
Reģenerācija joprojām ir viens no galvenajiem bioloģijas noslēpumiem. 2005. gadā žurnāls Science starp 25 vissvarīgākajām zinātnes problēmām iekļāva šādu jautājumu: Kas kontrolē orgānu reģenerāciju? Diemžēl zinātnieki vēl nav spējuši pilnībā saprast, kāpēc daži dzīvnieki jebkurā dzīves posmā brīvi atjauno zaudētās ķermeņa daļas, bet citi šo spēju zaudē uz visiem laikiem. Kādreiz jūsu ķermenis prata izaudzēt aci vai roku.
Tas bija ļoti sen, pašā embrija dzīves sākumā. Ekspertus interesē, kur šīs zināšanas pazūd un vai ir iespējams tās atkal atdzīvināt pieaugušam cilvēkam. Šobrīd lielākā daļa biologu tiek meklēti galvenokārt uz gēnu vai ķīmisko signālu izpausmi. Maikla Levina laboratorijā viņi cer atrast atbildi uz reģenerācijas mīklu citā parādībā, bioelektrībā, un šīs cerības, acīmredzot, nav bez pamata.
Tas, ka elektriskajā strāvā ir dzīvs organisms, ir zināms kopš Galvani eksperimentu laikiem. Tomēr maz ir izpētījis to ietekmi uz attīstību tik rūpīgi, kā to dara Levins. Bioelektrībai jau sen ir bijusi iespēja kļūt par cienīgu eksperimentu tēmu, taču molekulārā revolūcija bioloģijā 20. gadsimta otrajā pusē pētniecības interesi par šo jautājumu novirzīja zinātnes malā.
Levins, kurš nāk no datormodelēšanas un ģenētikas jomas un izmanto vismodernākās metodes, kuru nebija viņa priekšgājējiem, faktiski šo virzienu atgriež bioloģiskajā pamatstrāvā. Viņa entuziasma pamatā ir pārliecība, ka elektrība ir pamata fiziska parādība, un evolūcija nevarēja to izmantot, bet izmantot to fundamentālos procesos, piemēram, organisma attīstībā.
Mainot šūnu transmembrāno potenciālu, zinātnieks var dot norādījumu kurkuļa audiem audzēt aci iepriekš noteiktā ķermeņa zonā. Uz viņa laboratorijas sienas karājas sešu kāju vardes fotogrāfija. Viņai parādījās papildu ekstremitātes tikai elektrisko bioloģisko strāvu iedarbības rezultātā. Atšķirībā no neironiem, parastās šūnas nav spējīgas izšaut, taču tās var konsekventi pārraidīt signālus visā ķermenī caur spraugu savienojumiem. Ja planāram, mazam tārpam, kas var atjaunoties, ir nogriezta aste, no sagrieztā laukuma uz galvu tiek nosūtīts pieprasījums, lai pārliecinātos, ka tā ir vietā. Bloķējiet šīs informācijas pārraidi, un paredzētās astes vietā augs galva.
Manipulējot ar dažādiem jonu kanāliem, kas nosaka šūnu elektriskās īpašības, zinātnieki savos eksperimentos ražoja tārpus ar divām galvām, divām astēm un pat neparasta dizaina tārpus ar četrām galvām. Pēc Levina teiktā, viņam gandrīz vienmēr teica, ka viņa idejām nevajadzētu darboties. Viņš paļāvās uz savu intuīciju, un vairumā gadījumu tas neizdevās.
Šie mēģinājumi joprojām ir ļoti tālu no pilnīgām zināšanām par to, kā atjaunot cilvēka ekstremitāti. Kamēr invalīdi var paļauties tikai uz protēžu uzlabošanu. Tomēr unikālā Tuftsas universitātes laboratorija meklē kaut ko vēl fundamentālāku: tāpat kā ģenētiskais kods, Levina uzskata, jābūt bioelektriskam kodam, kas saista membrānas sprieguma gradientus un dinamiku ar anatomiskām struktūrām.
To sapratis, būs iespējams ne tikai kontrolēt reģenerāciju, bet arī ietekmēt audzēju augšanu. Levins tos uztver kā sekas tam, ka šūnas zaudē informāciju par organisma formu, un vēža problēmas izpēte ir viens no viņa laboratorijas uzdevumiem. Kā tas bieži notiek, šķietami atšķirīgiem procesiem var būt viens raksturs.
Ja bioelektriskais kods patiešām atrodas aiz dažādu ķermeņa orgānu uzbūves, tā risinājums varētu izgaismot divas no vissvarīgākajām problēmām, ar ko saskaras cilvēce vienlaikus.