Vindecătorul de credințe de auto-vindecare - Secretul Dr.
Schmidtea mediterranea iubește frigul și întunericul. Când Vittorio Sebastiano scoate un castron cu animalele sale de laborator din frigider și în lumina zilei, apare o agitație de viermi care fug, mai precis viermi plat, cunoscuți și sub numele de planari. Dar nu toți pot fugi. O privire prin microscop relevă un câmp de luptă al corpurilor mutilate. Capetele separate de coadă se strecoară înainte cu dificultate. Alte buturugi cu capul tăiat zac în jurul lor nemișcate. Nu pot percepe lumina din cauza lipsei de celule senzoriale și, fără un creier, mișcarea este imposibilă.
Vizitatorul Institutului Max Planck pentru Biomedicină Moleculară din Münster nu trebuie să fie alarmat. Pentru că măcelul nu este un masacru: după câteva zile, cozi noi, capete, ochi, creiere întregi și toate celelalte organe cresc din butucii de dimensiuni milimetrice.
Disperat de puterea de autovindecare a animalelor de laborator
Această remodelare a planarilor avariați, care este încă nedumeritoare astăzi, a fascinat mai întâi un naturalist german. În 1766, Peter Simon Pallas a raportat despre abilitățile uimitoare ale viermilor plat. Charles Darwin a fost, de asemenea, fascinat de nevertebratele care reînnoiesc până la 40 de tipuri de celule diferite după o amputare. Unele specii chiar se reproduc prin regenerare, mai degrabă decât prin sex. Pentru a transforma una în două, coada se agață de pământ, în timp ce capul trage restul corpului cu toată puterea până când mama se rupe în mijloc. Fiecare dintre cei doi - care nu sunt sensibili la durere - își închide apoi rapid rănile și replică părțile lipsă prin autoînnoire.
Strălucitul biolog Thomas Hunt Morgan a încercat mai întâi să dezvăluie regulile ascunse ale acestei piese - cu faimoasele sale încercări de amputare de la începutul secolului XX. Cu cât a separat capul planarilor de restul corpului, cu atât mai mult a durat până le-a refăcut complet. Dar Morgan a scos sincronizarea viermilor plăți doar dacă i-a tăiat în felii subțiri de napolitane până la coadă. Numai din aceste mici piese de capăt au crescut brusc două capete în loc de capul și coada obișnuite. Dar cum putea ști vârful cozii în ce poziție se afla în animal înainte de amputare? Morgan s-a întrebat acest lucru și a suspectat un gradient - un gradient de concentrație al unei substanțe semnal - de-a lungul axei corpului, care în mod normal împiedică viermii să formeze capete la capătul cozii lor. Dar când chiar și bucăți de țesut din partea animalelor au reușit să producă organisme intacte care erau de până la 279 de ori mai mici decât în mod normal, înțeleptul Morgan a disperat de puterile de autovindecare ale animalelor sale experimentale.
Viermi plat: Mai mult decât numai curiozități manualeA
De atunci s-a dedicat muștei fructului Drosophila și l-a transformat în animalul de companie al geneticianului. Odată cu aceasta, genetica dezvoltării a experimentat triumfurile sale, pe care le-a repetat la șoarece și mai târziu și la nematodul Caenorhabditis elegans. Dezvoltarea celor 959 de celule ar putea fi urmărită în direct la microscop. Genomul viermelui, care nu este legat de planari, a fost descifrat în 1998 ca fiind primul organism multicelular. În acea perioadă, planarii încă își obțin existența ca curiozități manuale. Regulile regenerării lor au fost explorate doar de străini.
Au avut o revenire strălucită de câțiva ani. Deoarece nu există o regenerare semnificativă la muștele fructelor, viermi rotunzi sau șoareci. Când biologii dezvoltării s-au întrebat cum se creează un șoarece dintr-un embrion și un ficat dintr-o bucată de țesut hepatic, au dat peste zone regenerative cu un rezervor de celule stem proprii ale corpului. Deoarece celulele stem embrionare și adulte ar trebui să ajute la vindecarea bolilor într-o epocă viitoare a medicinei regenerative, planarii se întorc acum la laboratoare. La animalele adulte, până la 30 la sută din toate celulele sunt celule stem. Acești neoblasti sunt versatili, cum ar fi celulele stem embrionare, dar nu numai că pot produce celule musculare, cerebrale și intestinale, precum și orice alt tip de celule necesare în organism pentru viața viermelui.
„Aceste organisme simple sunt sisteme ideale pentru înțelegerea mecanismelor pluripotenței celulelor stem”, spune Vittorio Sebastiano, care cercetează planariile în laboratorul cercetătorului în domeniul celulelor stem Hans Schöler. Forța motrice din spatele revenirii este Alejandro Sánchez Alvarado de la Universitatea din Utah din Salt Lake City. Odată cu selectarea Schmidtea mediterranea ca organism model, el a dat o lovitură de stat. Specia, care a fost crescută pentru prima dată în Barcelona în anii 1970, este acum examinată genetic în aproximativ 30 de laboratoare din întreaga lume.
Vierme mic, mare farma
„Domeniul regenerării este în prezent locul în care se afla biologia dezvoltării la începutul secolului al XX-lea”, spune colegul Howard Hughes, al cărui laborator produce în prezent tone de rezultate interesante de cercetare. Entuziasmul său este contagios. Pentru că, în ciuda a 250 de ani de cercetări privind regenerarea, nici măcar fenomenele fundamentale nu sunt încă înțelese. De ce planarii pot regenera deloc părți întregi ale corpului, dar nu și alte grupuri de animale, uneori strâns legate? De asemenea, este complet neclar dacă mecanismele de regenerare a picioarelor amputate la salamandre, foarfecele tăiate la homari sau creșterea de noi capete la planari respectă reguli moleculare similare: „Nu știm nici măcar de ce fenomenul de regenerare pare atât de aleatoriu în ansamblu Se distribuie într-o abundență de animale ”, spune Alvarado. Cu planarii, cercetătorii ar putea acum aplica pentru prima dată întreaga gamă de instrumente de biologie moleculară la întrebări regenerative.
Cu ajutorul cercetătorilor de la Centrul de Secvențiere a Genomului de la Universitatea Washington, Alvarado reunește în prezent piesele puzzle-ului care tocmai au fost descifrate din cei patru cromozomi diferiți ai Schmidtea. În aproximativ un an, cercetătorii din întreaga lume ar trebui să poată compara întregul genom al acestei specii cu cel al oamenilor. Înțelegerile fragmentare anterioare au făcut deja experții să se ridice și să observe: genomul activ al planarilor este mult mai asemănător cu cel al oamenilor decât cel al nematodelor. A găsit chiar gene asociate factorilor de creștere care s-au pierdut atât în muștele fructelor, cât și în Caenorhabditis. Laboratorul Alvarado singur a pescuit 240 de gene din materialul genetic al viermelui plat anul trecut, care joacă roluri biologice centrale în diferitele faze ale regenerării. În mod evident, unul dintre ei face acest lucru în și asupra oamenilor: în vindecarea rănilor. Acest lucru face ca planariumurile să fie atractive chiar și pentru companiile farmaceutice bazate pe cercetare. Potrivit lui Alvarado, cel puțin 40 dintre genele care au fost descoperite recent anul trecut sunt deosebit de interesante deoarece „sunt active numai atunci când un animal este amputat”.
Copiază ei înșiși creierul
În noiembrie, Alvarado a descris gena piwi la planari în Știință. Se știa deja din celulele germinale ale Drosophila - dar funcția lor biologică este nedumeritoare. Dacă piwi este oprit pentru o scurtă perioadă de timp în timpul unei amputări printr-un truc molecular, se creează noi celule fiice din neoblastele care se divid rapid, care migrează și în țesutul rănit. Acolo, însă, transformarea finală în celule diferențiate, deoarece sunt necesare acolo, este blocată. Celulele regeneratoare nu-și mai amintesc ce ar trebui să devină. Animalele pier. În prezent se încearcă abordarea experimentală a mecanismului din spatele acestui lucru.
O altă întrebare cheie nu a fost încă rezolvată: cercetătorii pot tăia o mică bucată de mai puțin de 10.000 de celule din coada unui planar. Această piesă nu are creier, nici intestine, nici ochi, pur și simplu „nu mai există organ”, spune Alvarado. Dar de unde știe această mică bucată de țesut după o amputare în ce poziție ar trebui să apară organele lipsă? „Răspunsul sincer este că nu știm”, spune Alvarado. Se pare că animalul se asigură în permanență că toate axele corpului experimentează în mod activ locul în care se află în spațiu. În epoca geneticii moderne, chiar și Morgan ar avea din nou plăcerea în planari.
Sebastiano și colegul său italian Luca Gentile au fost, de asemenea, atrași de peisajul de cercetare neexplorat din tărâmul plat. În Münster este interesată de versatile neoblaste ale animalelor. În genomul lor, ei caută gene care să le facă atât de uimitor de asemănătoare cu celulele stem embrionare. În primele lor experimente, cei doi au încercat să restabilească nucleele celulelor de șoarece la starea lor embrionară cu plasma celulară a neoblaștilor, starea în care un întreg organism se poate dezvolta din această celulă. Asta nu a funcționat la început. Cu toate acestea, cei doi cercetători din Münster sunt siguri că există acei factori din celulele de viermi care readuc această calitate globală. În prezent, ei pescuiesc așa-numiții microARN în celulele stem. Acești regulatori, care sunt cunoscuți și la oameni, ar putea „activa sau bloca rapid genele necesare proceselor de regenerare rapidă”, consideră Gentile. La urma urmei, celulele care sunt nou create după o amputare știu deja după douăsprezece ore ce va deveni mai târziu. Neamurile sunt întotdeauna uimite de ceea ce „viermii mici ajută oamenii să dezvăluie totul despre biologia lor”.