Olulised teadusuudised: Tuftsi ülikooli (USA) bioloogidel on õnnestunud taastusjärjekorras taakakude regenereerimisvõime taastada.
Sellist tööd võiks pidada tavaliseks, kui mitte üheks asjaoluks: tulemus saavutati mitte triviaalsel viisil, kasutades optogeneetikat, mis põhineb raku aktiivsuse kontrollimisel valguse abil.
Kõigi selliste uuringute lõppeesmärk on avastada looduslikud mehhanismid, mis kontrollivad kehaosade parandamist, ja õppida, kuidas neid inimestel sisse lülitada. Kullesed sobivad selle ülesande jaoks suurepäraselt, kuna varajases arengufaasis säilitavad nad võime kaotatud jäsemed asendada, kuid siis kaotavad nad selle järsult. Kui lõikate nn tulekindla perioodi jõudnud isikutelt saba ära, ei saa nad seda enam tagasi kasvatada.
Regenereerimist kontrollivad sisemised süsteemid on nende kehades endiselt olemas, kuid mingil põhjusel need peatatakse. Michael Levin ja tema kolleegid panid nad uuesti tööle, muutes füsioloogilise aja tagasi.
See, kuidas nad seda tegid, on suurepärane. Üks rühm sabata kulleseid tõsteti kaks päeva lühikeste valgusvoogudega valgustatud anumasse; teine elas täielikus pimeduses. Selle tulemusena taastati esimese rühma kulleses täieõiguslik sabakude, sealhulgas selgroo, lihaste, närvilõpmete ja naha struktuurid. Teised kullesed ei suutnud amputatsiooni tagajärgedest üle saada, nagu see nende vanuses olema peaks.
Kui see kõlab nagu trikk, on see ainult osaliselt. Selle mõistmiseks peate selgitama katse põhimõtet. Tõepoolest, kõigi elutsükli ühes staadiumis olevate loomadega tehti identseid manipuleerimisi. Ainus asi, mis eristas kahte rühma, oli valgustuse olemasolu või puudumine. Valgus polnud siiski muutuse tegelik põhjus. See toimis kauglülitina, aktiveerides teguri, mis (mitte täiesti selge) käivitas regenereerimisprotsessi. Selline tegur oli rakkude transmembraansete potentsiaalide hüperpolarisatsioon; või lihtsamalt öeldes, bioelektrienergia.
Optogeneetika abil on katse kavandamine suhteliselt lihtne. Valgustundliku valgu arherodopsiini mRNA molekulid süstiti kullikestesse. See tõi kaasa asjaolu, et mõne aja pärast tekkisid koe paksuses paiknevate tavaliste rakkude pinnal “pumbavalgud”. Valgusega stimuleerituna (ja ainult sel juhul) indutseerisid nad membraani kaudu ioonide voolu, muutes seeläbi selle elektrilist potentsiaali.
Tegelikult pole teadlased peale valgusega aktiveeritavate membraanipumpade midagi kullikeste aitamiseks pakkunud. Keha regenereerimisprotsesside keeruka kaskaadi käivitamiseks piisas aga ainult ühest mõjust rakkude elektrilistele omadustele. Omakorda on tänu optogeneetikale nende muutuste tekitamine väljastpoolt sama lihtne kui pirnide koorimine, peate lihtsalt kullesele valgust andma.
Reklaamvideo:
Taastumine jääb bioloogia üheks peamiseks saladuseks. Ajakiri Science lisas 2005. aastal 25 kõige olulisema teaduse ees seisva küsimuse: Mis kontrollib elundite taastumist? Kahjuks pole teadlased siiani suutnud täielikult mõista, miks mõned loomad oma elu igal etapil taastada kaotatud kehaosad vabalt, teised aga kaotavad selle võime igaveseks. Kunagi su keha teadis, kuidas silma või kätt kasvatada.
See oli ammu, päris elu alguses embrüona. Eksperte huvitab, kust need teadmised kaovad ja kas neid on võimalik täiskasvanul uuesti elustada. Praegu on enamiku bioloogide otsing suunatud peamiselt geenide või keemiliste signaalide avaldumisele. Michael Levini laboris loodab vastus regeneratsiooni mõistatusele leida veel ühest nähtusest, bioelektrist, ja need lootused pole ilmselt alusetud.
Asjaolu, et elusorganismis on elektrivoolud, on teada juba Galvani katsete ajast. Kuid vähesed on uurinud nende mõju arengule nii täpselt kui Lewin. Bioelektril on juba ammu olnud võimalus saada vääriliseks katseteemaks, kuid 20. sajandi teisel poolel toimunud bioloogiline molekulaarne revolutsioon tõi teadushuvi selle teema vastu teaduse veerele.
Arvutimudelite ja geneetika valdkonnast pärit Levin, kes kasutab kõige kaasaegsemaid meetodeid, mis puudusid tema eelkäijatest, viib selle suuna tagasi bioloogilisse peavoolu. Tema entusiasm põhineb veendumusel, et elekter on põhiline füüsikaline nähtus ja evolutsioon ei suutnud seda kasutada, kuid kasutada seda fundamentaalsetes protsessides, näiteks organismi arengus.
Rakkude transmembraanse potentsiaali muutmisega saab teadlane käskluse kudedele anda etteantud kehapiirkonnas silma kasvatamise võimaluse. Tema labori seinal ripub foto kuuejalgsest konnast. Täiendavad jäsemed ilmusid temas ainult kokkupuute tagajärjel elektriliste biovooludega. Erinevalt neuronitest ei ole tavalised rakud võimelised tulistama, kuid suudavad pilude ristmike kaudu pidevalt signaale edastada peaaegu kogu kehale. Kui lennukil, pisikesel ussil, mis võib taastuda, on saba ära lõigatud, saadetakse lõikealalt pähe taotlus, et see oleks paigas. Blokeerige selle teabe edastamine ja kavandatud saba asemel kasvab pea.
Manipuleerides mitmesuguseid ioonikanaleid, mis määravad rakkude elektrilised omadused, tootsid teadlased oma katsetes kahe peaga, kahe sabaga ja isegi nelja peaga ebatavalise kujundusega ussid. Levini sõnul öeldi talle peaaegu alati, et tema ideed ei tohiks töötada. Ta tugines oma intuitsioonile ja enamikul juhtudel ei läinud see alt.
Need katsed pole veel kaugeltki täielikud teadmised selle kohta, kuidas inimesel jäset taastada. Kui puudega inimesed saavad loota ainult proteeside parandamisele. Tuftsi ülikooli ainulaadne labor otsib aga midagi veelgi fundamentaalsemat: nagu geneetiline kood, peab Levini arvates olema bioelektriline kood, mis seob membraanipinge gradiendid ja dünaamika anatoomiliste struktuuridega.
Olles sellest aru saanud, on võimalik regenereerimist mitte ainult kontrollida, vaid ka mõjutada kasvajate kasvu. Levin näeb neid tagajärjena organismi kuju kohta teabe kadumise eest rakkude poolt ning vähi probleemi uurimine kuulub tema labori ülesannete hulka. Nagu sageli juhtub, võivad pealtnäha erinevad protsessid olla ühe olemusega.
Kui bioelektriline kood on tõepoolest keha erinevate organite ehitamise taga, võib selle lahendus valgustada kahte inimkonna korraga kõige olulisemat probleemi.
