Samoliečiaci liečiteľ viery - Tajomstvo Dr.
Schmidtea mediterranea ju miluje studenú a tmavú. Keď Vittorio Sebastiano vyberie misku so svojimi laboratórnymi zvieratami z chladničky a na denné svetlo, objaví sa ruch utekajúcich červov, presnejšie plochých červov, tiež známych ako planarians. Nie všetci však môžu utiecť. Pohľad cez mikroskop odhalí bojisko zmrzačených tiel. Hlavy oddelené od chvosta sa ťažko plazia vpred. Ostatné pne, ktorých hlava bola odrezaná, ležia úplne bez pohnutia. Kvôli nedostatku zmyslových buniek nemôžu vnímať svetlo a bez mozgu je pohyb nemožný.
Návštevníka Inštitútu molekulárnej biomedicíny Maxa Plancka v Münsteri nemusí znepokojovať. Pretože zabíjanie nie je masaker: Po pár dňoch vyrastú z pňov veľkosti milimetra nové chvosty, hlavy, oči, celé mozgy a všetky ostatné orgány.
Zúfalá zo samoliečebnej sily laboratórnych zvierat
Táto prestavba poškodených planariánov, ktorá je dodnes záhadná, najskôr fascinovala nemeckého prírodovedca. V roku 1766 Peter Simon Pallas informoval o úžasných schopnostiach plochých červov. Charlesa Darwina fascinovali aj bezstavovce, ktoré po amputácii obnovujú až 40 rôznych typov buniek. Niektoré druhy sa dokonca množia skôr regeneráciou ako sexom. Aby sa z jedného na dva stalo, chvost sa drží pri zemi, zatiaľ čo hlava celou silou tiahne zvyšok tela, kým sa matka v strede neroztrhne. Každý z dvoch jedincov - nie citlivých na bolesť - potom rýchlo uzavrie svoje rany a replikuje chýbajúce časti samoobnovou.
Geniálny biológ Thomas Hunt Morgan sa najskôr pokúsil odhaliť skryté pravidlá tejto hry - svojimi slávnymi pokusmi o amputáciu na začiatku 20. storočia. Čím ďalej oddeľoval hlavu planariánov od zvyšku tela, tým dlhšie trvalo, kým sa úplne obnovili. Morgan však deliace ploché červy synchronizoval, iba ak ich nakrájal na plátky tenké ako oblátka až po chvost. Len z týchto drobných koncoviek zrazu vyrástli dve hlavy namiesto obvyklej hlavy a chvosta. Ako však mohla špička chvosta vedieť, v akej polohe sa nachádzalo u zvieraťa pred amputáciou? Morgan si to položil a mal podozrenie na gradient - koncentračný gradient signálnej látky - pozdĺž osi tela, ktorý bežne bráni červom vo vytváraní hláv na konci ich chvostov. Ale keď dokonca kúsky tkaniva zo strany zvierat boli schopné produkovať neporušené organizmy, ktoré boli až 279-krát menšie ako normálne, bol bystrý Morgan zúfalý zo samoliečebných síl svojich experimentálnych zvierat.
Ploché červy: Viac ako iba ucebne kuriozitya
Odvtedy sa venoval ovocnej muške Drosophila a urobil z nej genetického miláčika. S ním zažila vývojová genetika svoje triumfy, ktoré sa opakovali na myšiach a neskôr aj na háďatku Caenorhabditis elegans. Vývoj jeho 959 buniek bolo možné sledovať naživo pod mikroskopom. Genóm červa, ktorý nesúvisí s planármi, bol dešifrovaný v roku 1998 ako prvý z mnohobunkových organizmov. V tom čase ešte planari predstierali svoju existenciu ako učebnicové kuriozity. Pravidlá ich regenerácie skúmali iba outsideri.
Brilantný návrat zaznamenali iba pár rokov. Pretože u ovocných mušiek, škrkaviek alebo myší nedochádza k výraznejšej regenerácii. Keď si vývojoví biológovia položili otázku, ako sa myš vytvára z embrya a pečeň z kúska pečeňového tkaniva, narazili na regeneračné zóny so zásobníkom vlastných kmeňových buniek tela. Pretože embryonálne a dospelé kmeňové bunky majú pomáhať liečiť choroby v budúcom veku regeneratívnej medicíny, planári sa teraz vracajú do laboratórií. U dospelých zvierat tvoria až 30 percent všetkých buniek kmeňové bunky. Tieto neoblasty sú všestranné ako embryonálne kmeňové bunky, ale môžu nielen produkovať svalové, mozgové a črevné bunky, ako aj akýkoľvek iný bunkový typ potrebný v tele na život červa.
„Tieto jednoduché organizmy sú ideálnymi modelovými systémami na pochopenie mechanizmov pluripotencie kmeňových buniek,“ hovorí Vittorio Sebastiano, ktorý skúma planetáriá v laboratóriu výskumníka kmeňových buniek Hansa Schölera. Hnacím motorom návratu je Alejandro Sánchez Alvarado z University of Utah v Salt Lake City. S výberom Schmidtea mediterranea ako modelového organizmu pristál puč. Tento druh, ktorý bol prvýkrát chovaný v Barcelone v 70. rokoch, je dnes geneticky vyšetrovaný v asi 30 laboratóriách po celom svete.
Malý červ, veľká lekáreň
„V oblasti regenerácie sa v súčasnosti nachádza vývojová biológia na začiatku 20. storočia,“ hovorí spolupracovník Howard Hughes, ktorého laboratórium v súčasnosti produkuje množstvo vzrušujúcich výsledkov výskumu. Jeho nadšenie je nákazlivé. Pretože aj napriek 250 rokom výskumu regenerácie ešte nie sú pochopené ani základné javy. Prečo môžu planaristi vôbec regenerovať celé časti tela, ale nie iné, niekedy úzko súvisiace zvieracie skupiny? Tiež nie je úplne jasné, či mechanizmy regenerácie amputovaných nôh u mlokov, odrezaných nožníc u morských rajov alebo rastu nových hláv u planariánov zodpovedajú podobným molekulárnym pravidlám: „Ani nevieme, prečo sa jav regenerácie javí taký náhodný v celom Distribuuje sa medzi rôzne zvieratá, “hovorí Alvarado. S planetármi mohli teraz výskumníci po prvýkrát použiť celú škálu nástrojov molekulárnej biológie na regeneračné problémy.
S pomocou výskumníkov z Centra pre sekvenovanie genómu na Washingtonskej univerzite Alvarado v súčasnosti dáva dohromady kúsky puzzle štyroch rôznych chromozómov Schmidtea, ktoré boli práve dešifrované. Asi o rok by mali byť vedci z celého sveta schopní porovnať celý genóm tohto druhu s genómom ľudí. Predchádzajúce fragmentárne poznatky už prinútili odborníkov, aby sa posadili a všimli si: Aktívny genóm planetárov je oveľa viac podobný genómu ľudí ako nematód. Dokonca našiel príbuzné gény pre rastové faktory, ktoré sa stratili ako u ovocnej mušky, tak aj u Caenorhabditis. Samotné Alvaradovo laboratórium v minulom roku vylovilo 240 génov z genetického materiálu plochého červa, ktoré hrajú ústredné biologické úlohy v rôznych fázach regenerácie. Jeden z nich to zjavne stále robí v ľuďoch a na nich: pri hojení rán. To teraz robí planaria atraktívnymi aj pre farmaceutické spoločnosti založené na výskume. Podľa Alvarada je najmenej 40 z génov, ktoré boli novoobjavené minulý rok, obzvlášť zaujímavé, pretože „sú aktívne iba pri amputácii zvieraťa“.
Sami si replikujú mozog
V novembri Alvarado opísal gén piwi u planetárov vo vede. Bolo to už známe zo zárodočných buniek Drosophily - ale ich biologická funkcia je zarážajúca. Ak sa piwi počas amputácie na krátky čas vypne molekulárnym trikom, z rýchlo sa deliacich neoblastov sa vytvárajú nové dcérske bunky, ktoré tiež migrujú do poraneného tkaniva. Tam je však blokovaná konečná transformácia na diferencované bunky, ktoré sú tam potrebné. Regenerujúce bunky si už nepamätajú, čím by sa mali stať. Zvieratá zahynú. V súčasnosti sa vyvíjajú pokusy experimentálne priblížiť mechanizmus, ktorý stojí za týmto mechanizmom.
Ďalšia kľúčová otázka ešte nie je vyriešená: vedci môžu z chvosta planaria vystrihnúť malý kúsok s menej ako 10 000 bunkami. Tento kúsok nemá mozog, žiadne črevá, oči, jednoducho „žiadny ďalší orgán“, hovorí Alvarado. Ako však tento malý kúsok tkaniva vie po amputácii, v ktorej polohe by chýbajúce orgány mali vzniknúť? „Úprimná odpoveď je, že nevieme,“ hovorí Alvarado. Zviera podľa všetkého neustále zaisťuje, aby všetky osi tela aktívne zažívali miesto, kde sa v súčasnosti nachádzajú. V dobe modernej genetiky by dokonca aj Morgan mal opäť radosť z planetárov.
Neprebádaná výskumná krajina v ríši plochých červov oslovila aj Sebastiana a jeho talianskeho kolegu Luca Gentila. V Münsteri sa zaujíma o všestranné neoblasty zvierat. Vo svojom genóme hľadajú gény, vďaka ktorým sú tak úžasne podobné embryonálnym kmeňovým bunkám. Vo svojich prvých pokusoch sa obaja pokúsili obnoviť jadrá myších buniek do embryonálneho stavu pomocou bunkovej plazmy neoblastov, teda do stavu, v ktorom sa z tejto bunky môže vyvinúť celý organizmus. To spočiatku nevyšlo. Dvaja výskumníci z Münsteru si sú istí, že v bunkách červov sú faktory, ktoré vracajú túto všestrannú kvalitu. V súčasnosti lovia takzvané mikroRNA v kmeňových bunkách. Tieto regulátory, ktoré sú známe aj u ľudí, môžu „rýchlo aktivovať alebo blokovať gény potrebné na rýchle regeneračné procesy“, verí Gentile. Napokon bunky, ktoré sú po amputácii novo vytvorené, už po dvanástich hodinách vedia, čo z nich bude neskôr. Pohan je vždy ohromený tým, čo „malé červy pomáhajú ľuďom odhaliť všetko o ich biológii“.