Važne znanstvene vijesti: biolozi sa Sveučilišta Tufts (SAD) uspjeli su obnoviti sposobnost regeneracije repnog tkiva u punoglavcima.
Takav bi se rad mogao smatrati uobičajenim, ako ne i samo za jednu okolnost: rezultat je postignut na ne trivijalan način, koristeći optogenetiku koja se temelji na kontroli stanične aktivnosti uz pomoć svjetlosti.
Krajnji cilj svih takvih studija je otkriti prirodne mehanizme koji kontroliraju popravak dijelova tijela i naučiti kako ih uključiti kod ljudi. Punoglavci su savršeni za ovaj zadatak, jer u ranoj fazi razvoja zadržavaju sposobnost nadomještanja izgubljenih udova, ali ih naglo gube. Ako odrežete rep jedinkama koje su ušle u takozvano vatrostalno razdoblje, više ga neće moći uzgajati.
Unutarnji sustavi koji kontroliraju regeneraciju i dalje su prisutni u njihovim tijelima, ali iz nekog su razloga zaustavljeni. Michael Levin i njegovi kolege natjerali su ih da ponovno rade, učinkovito vraćajući fiziološko vrijeme unatrag.
Način na koji su to učinili je sjajan. Jedna skupina punoglavca bez repa podignuta je u posudu osvijetljenu kratkim bljeskovima svjetlosti dva dana; drugi je živio u potpunoj tami. Kao rezultat toga, u punoglavcima prve skupine obnovljeno je punopravno repno tkivo, uključujući strukture kralježnice, mišića, živčanih završetaka i kože. Drugi punoglavci nisu uspjeli prevladati posljedice amputacije, kao što bi trebalo biti u njihovoj dobi.
Ako zvuči kao trik, to je samo djelomično. Da biste razumjeli zašto se to dogodilo, morate objasniti princip u osnovi eksperimenta. Doista, sve su životinje u istoj fazi životnog ciklusa bile podvrgnute identičnim manipulacijama. Jedino što je razlikovalo dvije skupine bila je prisutnost ili odsutnost osvjetljenja. Međutim, svjetlost nije bila pravi uzrok promjene. Služio je kao daljinski prekidač, aktivirajući čimbenik koji je (ne potpuno jasan) pokrenuo proces regeneracije. Ovaj je čimbenik bila hiperpolarizacija transmembranskih potencijala stanica; ili, jednostavnije, bioelektričnost.
Optogenetika čini relativno jednostavnim osmišljavanje eksperimenta. Molekule mRNA fotoosjetljivog proteina archerhodopsin ubrizgane su u punoglavce. To je dovelo do činjenice da su se nakon nekog vremena na površini običnih stanica smještenih u debljini tkiva pojavili "proteini pumpe". Kad su stimulirani svjetlošću (i samo u ovom slučaju), inducirali su struju iona kroz membranu, mijenjajući time njezin električni potencijal.
Zapravo, osim membranskih pumpi koje se aktiviraju svjetlošću, znanstvenici nisu ponudili ništa kako bi pomogli punoglavcima. Međutim, samo jedan učinak na električna svojstva stanica bio je dovoljan da pokrene složenu kaskadu procesa regeneracije u tijelu. Zauzvrat, zahvaljujući optogenetici, lako je poput granatiranja krušaka uzrokovati ove promjene izvana, samo trebate osvijetliti punoglavca.
Promotivni video:
Regeneracija ostaje jedna od glavnih misterija biologije. 2005. magazin Science uvrstio je sljedeće pitanje među 25 najvažnijih problema s kojima se suočava znanost: Što kontrolira regeneraciju organa? Nažalost, znanstvenici još nisu uspjeli u potpunosti razumjeti zašto neke životinje u bilo kojoj fazi svog života slobodno obnavljaju izgubljene dijelove tijela, dok druge tu sposobnost zauvijek gube. Nekoć je vaše tijelo znalo kako narasti oko ili ruka.
Bilo je to davno, na samom početku života kao embrij. Stručnjake zanima gdje to znanje nestaje i je li ga moguće ponovno oživjeti kod odrasle osobe. Trenutno je potraga za većinom biologa uglavnom usmjerena na izražavanje gena ili kemijskih signala. U laboratoriju Michaela Levina nadaju se da će odgovor na zagonetku regeneracije pronaći u još jednom fenomenu, bioelektričnosti, a te nade, očito, nisu bez temelja.
Činjenica da su električne struje prisutne u živom organizmu poznata je još iz vremena Galvanijevih pokusa. Međutim, malo je onih koji su pažljivo proučavali njihov utjecaj na razvoj kao što to čini Lewin. Bioelektričnost je dugo imala priliku postati vrijedna tema eksperimenata, ali molekularna revolucija u biologiji u drugoj polovici 20. stoljeća gurnula je istraživački interes za ovo pitanje na marginu znanosti.
Levin, koji dolazi iz područja računalnog modeliranja i genetike, koristeći najsuvremenije metode koje su nedostajale od njegovih prethodnika, zapravo vraća ovaj smjer u biološku struju. Njegov se entuzijazam temelji na uvjerenju da je električna energija osnovni fizički fenomen, a evolucija je mogla ne koristiti u temeljnim procesima, poput razvoja organizma.
Promjenom transmembranskog potencijala stanica, znanstvenik može uputiti tkiva punoglavca da izrastu oko u unaprijed određenom dijelu tijela. Na zidu njegova laboratorija visi fotografija žabe sa šest nogu. Dodatni udovi pojavili su se u njoj isključivo kao rezultat izloženosti električnim biostrujama. Za razliku od neurona, obične stanice nisu sposobne za pucanje, ali mogu dosljedno prenositi signale po cijelom tijelu kroz spojeve u praznini. Ako se planarici, sićušnom crvu koji se može regenerirati, odreže rep, u glavu se iz područja reza pošalje zahtjev da se osigura da je na svom mjestu. Blokirajte prijenos ovih informacija i umjesto predviđenog repa narast će glava.
Manipulirajući raznim ionskim kanalima koji određuju električna svojstva stanica, znanstvenici su u svojim eksperimentima stvorili crve s dvije glave, dva repa, pa čak i crve neobičnog dizajna s četiri glave. Prema Levinu, gotovo su mu uvijek govorili da njegove ideje ne bi trebale raditi. Oslanjao se na svoju intuiciju, a ona u većini slučajeva nije uspjela.
Iz ovih pokušaja još uvijek je vrlo daleko od potpunog znanja o tome kako obnoviti ud kod osobe. Dok osobe s invaliditetom mogu računati samo na poboljšanje proteza. Međutim, jedinstveni laboratorij na Sveučilištu Tufts traži nešto još temeljnije: poput genetskog koda, vjeruje Levin, mora postojati bioelektrični kod koji povezuje gradijente i dinamiku napetosti membrane s anatomskim strukturama.
Shvativši to, bit će moguće ne samo kontrolirati regeneraciju, već i utjecati na rast tumora. Levin ih vidi kao posljedicu gubitka informacija o obliku organizma od strane stanica, a proučavanje problema raka među zadacima je njegovog laboratorija. Kao što je često slučaj, naizgled različiti procesi mogu imati jedinstvenu prirodu.
Ako bioelektrični kod zaista stoji iza izgradnje različitih tjelesnih organa, njegovo rješenje moglo bi odjednom rasvijetliti dva najvažnija problema s kojima se čovječanstvo suočava.
