Știri științifice importante: biologii de la Universitatea Tufts (SUA) au reușit să restabilească capacitatea de regenerare a țesutului cozii în mormoloci.
O astfel de muncă ar putea fi considerată obișnuită, dacă nu pentru o singură circumstanță: rezultatul a fost obținut într-un mod non-trivial, folosind optogenetica, care se bazează pe controlul activității celulare cu ajutorul luminii.
Scopul final al tuturor acestor studii este de a descoperi mecanismele naturale care controlează repararea părților corpului și de a învăța cum să le activeze la oameni. Tadpole sunt perfecte pentru această sarcină, deoarece într-un stadiu incipient de dezvoltare își păstrează capacitatea de a înlocui membrele pierdute, dar apoi le pierd brusc. Dacă tăiați coada indivizilor care au intrat în așa-numita perioadă refractară, aceștia nu vor mai putea să o recreiască.
Sistemele interne care controlează regenerarea sunt încă prezente în corpul lor, dar din anumite motive s-au oprit. Michael Levin și colegii săi i-au făcut să lucreze din nou, transformând în mod eficient timpul fiziologic înapoi.
Felul în care au făcut-o este minunat. Un grup de mormoloci fără coadă a fost ridicat într-un recipient iluminat cu scurte sclipiri de lumină timp de două zile; cealaltă trăia în întuneric complet. Ca rezultat, țesutul cozii cu drepturi depline a fost restaurat în mormolocurile primului grup, inclusiv structurile coloanei vertebrale, mușchii, terminațiile nervoase și pielea. Al doilea mormoloc nu a reușit să depășească consecințele amputării, așa cum ar trebui să fie la vârsta lor.
Dacă sună ca un truc, este doar parțial. Pentru a înțelege de ce s-a întâmplat acest lucru, trebuie să explicați principiul care stă la baza experimentului. Într-adevăr, toate animalele aflate în același stadiu al ciclului de viață au fost supuse unor manipulări identice. Singurul lucru care distinge cele două grupuri a fost prezența sau absența luminii. Cu toate acestea, lumina nu a fost adevărata cauză a schimbării. A servit ca un comutator de la distanță, activând un factor care (nu este complet clar) a declanșat procesul de regenerare. Acest factor a fost hiperpolarizarea potențialelor transmembranare ale celulelor; sau, mai simplu, bioelectricitatea.
Optogenetica face relativ ușor proiectarea unui experiment. Moleculele de ARNm ale proteinei fotosensibile arherodopsină au fost injectate în mormoloci. Acest lucru a dus la faptul că după un timp pe suprafața celulelor obișnuite situate în grosimea țesutului, au apărut „proteine pompe”. Atunci când sunt stimulați cu lumină (și numai în acest caz), aceștia au indus curentul ionilor prin membrană, schimbându-și astfel potențialul electric.
De fapt, în afară de pompele cu membrană activate de lumină, oamenii de știință nu au oferit nimic care să ajute mormolocii. Cu toate acestea, doar un efect asupra proprietăților electrice ale celulelor a fost suficient pentru a declanșa o cascadă complexă de procese de regenerare în corp. La rândul său, datorită optogeneticii, este la fel de ușor ca decojirea perelor să provoace aceste modificări din exterior, trebuie doar să străluciți lumina pe mormoloc.
Video promotional:
Regenerarea rămâne unul dintre principalele mistere ale biologiei. În 2005, revista Science a inclus următoarea întrebare printre cele mai importante 25 de probleme cu care se confruntă știința: Ce controlează regenerarea organelor? Din păcate, oamenii de știință nu au reușit încă să înțeleagă pe deplin de ce unele animale, în orice stadiu al vieții lor, restaurează în mod liber părțile pierdute ale corpului, în timp ce altele pierd această capacitate pentru totdeauna. A fost odată, corpul tău știa să crească un ochi sau un braț.
A fost cu mult timp în urmă, chiar la începutul vieții ca embrion. Experții sunt interesați de locul în care aceste cunoștințe dispar și dacă este posibil să le reînvie din nou la un adult. În acest moment, căutarea majorității biologilor se concentrează în principal pe expresia genelor sau a semnalelor chimice. Laboratorul lui Michael Levin speră să găsească răspunsul la puzzle-ul de regenerare într-un alt fenomen, bioelectricitatea, iar aceste speranțe aparent nu sunt lipsite de fundament.
Faptul că curenții electrici sunt prezenți într-un organism viu a fost cunoscut încă din timpul experimentelor lui Galvani. Cu toate acestea, puțini și-au studiat impactul asupra dezvoltării la fel de atent ca Lewin. Bioelectricitatea a avut mult timp șansa de a deveni un subiect demn de experimente, dar revoluția moleculară din biologie din a doua jumătate a secolului al XX-lea a împins interesul cercetării în această problemă la marginea științei.
Levin, provenind din domeniul modelării și geneticii computerizate, folosind cele mai moderne metode care lipseau de la predecesorii săi, întoarce, de fapt, această direcție la curentul biologic. Entuziasmul său se bazează pe convingerea că electricitatea este un fenomen fizic de bază, iar evoluția nu ar putea să nu o folosească în procesele fundamentale, cum ar fi dezvoltarea organismului.
Prin schimbarea potențialului transmembranar al celulelor, omul de știință poate instrui țesuturile mormolului să crească un ochi într-o zonă predeterminată a corpului. O fotografie a unei broaște cu șase picioare atârnă pe peretele laboratorului său. Membre suplimentare au apărut în ea numai ca urmare a expunerii la biocurenți electrici. Spre deosebire de neuroni, celulele obișnuite sunt incapabile să se declanșeze, dar pot transmite în mod consecvent semnale pe tot corpul prin joncțiuni gap. Dacă un planar, un vierme mic care se poate regenera, are coada tăiată, o cerere este trimisă în cap din zona tăiată pentru a se asigura că este la locul său. Blocați transmiterea acestor informații și un cap va crește în locul cozii intenționate.
Prin manipularea diferitelor canale ionice care determină proprietățile electrice ale celulelor, oamenii de știință în experimentele lor au produs viermi cu două capete, două cozi și chiar viermi cu un design neobișnuit cu patru capete. Potrivit lui Levin, i s-a spus aproape întotdeauna că ideile sale nu ar trebui să funcționeze. El s-a bazat pe intuiția sa și, în majoritatea cazurilor, nu a eșuat.
Din aceste încercări, este încă foarte departe de cunoașterea deplină a modului de a restabili un membru la o persoană. În timp ce persoanele cu dizabilități pot conta doar pe îmbunătățirea protezelor. Cu toate acestea, laboratorul unic de la Universitatea Tufts caută ceva și mai fundamental: la fel ca codul genetic, crede Levin, trebuie să existe un cod bioelectric care să lege gradienții și dinamica tensiunii membranei cu structurile anatomice.
După ce ați înțeles-o, va fi posibilă nu numai controlul regenerării, ci și influențarea creșterii tumorilor. Levin le vede ca pe o consecință a pierderii de informații despre forma organismului de către celule, iar studiul problemei cancerului este una dintre sarcinile laboratorului său. Așa cum se întâmplă adesea, procesele aparent diferite pot avea o singură natură.
Dacă codul bioelectric se află într-adevăr în spatele construcției diferitelor organe ale corpului, soluția acestuia ar putea arunca lumina asupra a două dintre cele mai importante probleme cu care se confruntă omenirea simultan.
