Pomembne znanstvene novice: biologom z univerze Tufts (ZDA) je uspelo obnoviti sposobnost regeneracije repnega tkiva pri paglavcih.
Takšno delo bi lahko šteli za navadno, če ne samo za eno okoliščino: rezultat je bil dosežen na nepomemben način z uporabo optogenetike, ki temelji na nadzoru celične aktivnosti s pomočjo svetlobe.
Končni cilj vseh tovrstnih študij je odkriti naravne mehanizme, ki nadzorujejo popravilo delov telesa, in se naučiti, kako jih vključiti pri ljudeh. Paglavci so kot nalašč za to nalogo, saj v zgodnji fazi razvoja ohranijo sposobnost nadomestitve izgubljenih udov, nato pa jo naglo izgubijo. Če odrežete rep posameznikom, ki so vstopili v tako imenovano ognjevzdržno obdobje, ga ne bodo mogli več obnavljati.
Notranji sistemi, ki nadzorujejo regeneracijo, so še vedno prisotni v njihovem telesu, vendar so se iz nekega razloga ustavili. Michael Levin in njegovi kolegi so jih ponovno prisilili k delu, s čimer so fiziološki čas dejansko vrnili nazaj.
Način, kako so to storili, je super. Eno skupino brezglavnih paglavcev smo dva dni vzgajali v posodi, osvetljeni s kratkimi bliskavicami svetlobe; drugi je živel v popolni temi. Kot rezultat, je bilo v paglavcih prve skupine obnovljeno polnopravno repno tkivo, vključno s strukturami hrbtenice, mišic, živčnih končičev in kože. Drugi paglavci niso mogli premagati posledic amputacije, kot bi moralo biti v njihovi starosti.
Če se sliši kot trik, je le delno. Da bi razumeli, zakaj se je to zgodilo, morate razložiti načelo, na katerem temelji poskus. Dejansko so bile vse živali v isti fazi življenjskega cikla podvržene enakim manipulacijam. Edino, kar je ločevalo obe skupini, je bila prisotnost ali odsotnost razsvetljave. Vendar svetloba ni bila pravi vzrok spremembe. Služil je kot oddaljeno stikalo in aktiviral dejavnik, ki je (ne povsem jasen) sprožil proces regeneracije. Tak dejavnik je bila hiperpolarizacija transmembranskih potencialov celic; ali, bolj preprosto, bioelektričnost.
Optogenetika omogoča razmeroma enostavno načrtovanje eksperimenta. Molekule mRNA fotoobčutljivega proteina archerhodopsin smo injicirali v paglavce. To je privedlo do dejstva, da so se čez nekaj časa na površini navadnih celic, ki so v debelini tkiva, pojavili "črpalni proteini". Ko so bili stimulirani s svetlobo (in samo v tem primeru), so inducirali tok ionov skozi membrano in s tem spremenili njen električni potencial.
Pravzaprav poleg membranskih črpalk, ki se aktivirajo s svetlobo, znanstveniki niso ponudili ničesar za pomoč paglavcem. Vendar je bil le en učinek na električne lastnosti celic zadosten, da je sprožil zapleteno kaskado regeneracijskih procesov v telesu. Po drugi strani pa je zahvaljujoč optogenetiki tako enostavno kot luščenje hrušk povzročiti te spremembe od zunaj, le paglavca morate osvetliti.
Promocijski video:
Regeneracija ostaja ena glavnih skrivnosti biologije. Leta 2005 je revija Science med 25 najpomembnejših problemov, s katerimi se sooča znanost, vključila naslednje vprašanje: What Controls Organ Regeneration? Na žalost znanstveniki še niso mogli popolnoma razumeti, zakaj nekatere živali v kateri koli fazi svojega življenja prosto obnavljajo izgubljene dele telesa, druge pa to sposobnost izgubijo za vedno. Nekoč je vaše telo vedelo, kako raste oko ali roka.
Bilo je že zdavnaj, na samem začetku življenja kot zarodek. Strokovnjake zanima, kje to znanje izgine in ali ga je mogoče pri odrasli osebi znova oživiti. Trenutno je iskanje večine biologov usmerjeno predvsem v izražanje genov ali kemičnih signalov. Laboratorij Michaela Levina upa, da bo odgovor na regeneracijsko uganko našel v drugem pojavu, bioelektričnosti, in ti upi očitno niso brez temeljev.
Dejstvo, da so v živem organizmu prisotni električni tokovi, je bilo znano že v času Galvanijevih poskusov. Le redki pa so tako natančno preučevali njihov vpliv na razvoj kot Levin. Bioelektričnost je že dolgo imela priložnost postati vredna tema eksperimentov, toda molekularna revolucija v biologiji v drugi polovici 20. stoletja je raziskovalno zanimanje za to vprašanje potisnila na rob znanosti.
Levin, ki prihaja s področja računalniškega modeliranja in genetike, pri čemer uporablja najsodobnejše metode, ki niso bile prisotne pri njegovih predhodnikih, dejansko vrne to smer v biološko strujo. Njegovo navdušenje temelji na prepričanju, da je elektrika osnovni fizični pojav, evolucija pa je ne more pomagati, da je ne bi uporabila v temeljnih procesih, kot je razvoj organizma.
S spreminjanjem transmembranskega potenciala celic lahko znanstvenik naroči tkivom paglavca, da rastejo oko na vnaprej določenem predelu telesa. Na steni njegovega laboratorija visi fotografija žabe s šestimi nogami. Dodatni udi so se pojavili pri njej izključno zaradi izpostavljenosti električnim biotokom. Za razliko od nevronov navadne celice ne morejo streljati, lahko pa prek prehodnih spojev neprekinjeno prenašajo signale na skoraj celotno telo. Če ima planar, majhen črv, ki se lahko obnovi, odrezan rep, se na glavo pošlje zahteva z mesta reza, da se prepriča, ali je na svojem mestu. Blokirajte prenos teh informacij in namesto predvidenega repa bo zrasla glava.
Z manipulacijo z različnimi ionskimi kanali, ki določajo električne lastnosti celic, so znanstveniki v svojih poskusih ustvarili črve z dvema glavama, dvema repoma in celo črve nenavadne zasnove s štirimi glavami. Po Levinovih besedah so mu skoraj vedno govorili, da njegove ideje ne bi smele delovati. Zanašal se je na svojo intuicijo in v večini primerov ni uspela.
Ti poskusi so še zelo daleč od popolnega znanja o tem, kako obnoviti ud pri človeku. Invalidi pa lahko računajo le na izboljšanje protez. Vendar pa edinstveni laboratorij na univerzi Tufts išče nekaj še bolj temeljnega: tako kot genetska koda, je prepričan Levin, mora obstajati bioelektrična koda, ki povezuje gradiente in dinamiko napetosti membrane z anatomskimi strukturami.
Ko smo to razumeli, bo mogoče ne samo nadzorovati regeneracijo, temveč tudi vplivati na rast tumorjev. Levin jih vidi kot posledico izgube informacij o obliki organizma s strani celic, preučevanje problema raka pa je med nalogami njegovega laboratorija. Kot se pogosto zgodi, imajo na videz različni procesi eno samo naravo.
Če bioelektrična koda resnično stoji za izgradnjo različnih telesnih organov, bi lahko njena rešitev osvetlila dva najpomembnejša problema, s katerimi se sooča človeštvo hkrati.