Dôležitá vedecká správa: biológom z Tufts University (USA) sa podarilo obnoviť schopnosť regenerovať chvostové tkanivo v pulcoch.
Takáto práca by sa dala považovať za bežnú, nebyť jednej okolnosti: výsledok sa dosiahol netriviálnym spôsobom pomocou optogenetiky, ktorá je založená na kontrole bunkovej aktivity pomocou svetla.
Konečným cieľom všetkých týchto štúdií je objaviť prirodzené mechanizmy, ktoré riadia opravu častí tela, a naučiť sa, ako ich zapnúť u ľudí. Pulci sú na túto úlohu dokonalí, pretože si v ranom štádiu vývoja zachovávajú schopnosť nahradiť stratené končatiny, ale potom ich náhle stratia. Ak odrežete chvost jednotlivcom, ktorí vstúpili do takzvaného žiaruvzdorného obdobia, už ho nebudú môcť znova vypestovať.
Vnútorné systémy, ktoré riadia regeneráciu, sú stále prítomné v ich telách, ale z nejakého dôvodu sú zastavené. Michael Levin a jeho kolegovia ich prinútili opäť pracovať, čím efektívne vrátili fyziologický čas späť.
Spôsob, akým to urobili, je skvelý. Jedna skupina pulcovitých chvostov bola chovaná v kontajneri osvetlenom krátkymi zábleskami svetla dva dni; druhý žil v úplnej tme. Výsledkom bolo, že pulce prvej skupiny zotavili plnohodnotné chvostové tkanivo vrátane štruktúr chrbtice, svalov, nervových zakončení a kože. Druhé pulce nedokázali prekonať následky amputácie, ako by to malo byť v ich veku.
Ak to znie ako trik, je to len čiastočne. Aby ste pochopili, prečo sa to stalo, musíte vysvetliť princíp, z ktorého vychádza experiment. Všetky zvieratá v rovnakom štádiu životného cyklu boli skutočne podrobené identickým manipuláciám. Jediné, čo tieto dve skupiny odlišovalo, bola prítomnosť alebo neprítomnosť osvetlenia. Svetlo však nebolo skutočnou príčinou zmeny. Slúžil ako diaľkový spínač, ktorý aktivoval faktor, ktorý (nie celkom jasný) spustil regeneračný proces. Takým faktorom bola hyperpolarizácia transmembránových potenciálov buniek; alebo jednoduchšie, bioelektrina.
Vďaka optogenetike je pomerne ľahké navrhnúť experiment. Molekuly mRNA fotocitlivého proteínu archerhodopsínu sa injikovali do pulcov. To viedlo k skutočnosti, že po chvíli sa na povrchu bežných buniek nachádzajúcich sa v hrúbke tkaniva objavili „pumpovacie proteíny“. Pod podmienkou stimulácie svetlom (a iba v tomto prípade) indukovali prúd iónov cez membránu, čím zmenili jej elektrický potenciál.
Vedci v skutočnosti okrem membránových púmp aktivovaných svetlom neponúkli nič, čo by pulcom pomohlo. Na spustenie komplexnej kaskády regeneračných procesov v tele však stačil jediný účinok na elektrické vlastnosti buniek. Na druhej strane je vďaka optogenetike také ľahké vyvolať tieto zmeny zvonku ako hrušky, stačí si posvietiť na pulca.
Propagačné video:
Regenerácia zostáva jedným z hlavných tajomstiev biológie. V roku 2005 časopis Science zaradil medzi 25 najdôležitejších problémov vedy nasledujúcu otázku: What Controls Organ Regeneration? Vedci bohužiaľ zatiaľ nedokázali úplne pochopiť, prečo niektoré zvieratá v ktorejkoľvek fáze svojho života voľne obnovujú stratené časti tela, zatiaľ čo iné túto schopnosť strácajú navždy. Kedysi vaše telo vedelo, ako si nechať vyrásť oko alebo ruku.
Bolo to veľmi dávno, na samom začiatku života ako embryo. Odborníkov zaujíma, kde tieto vedomosti miznú a či je možné ich u dospelého človeka opäť oživiť. V súčasnosti sa hľadanie väčšiny biológov zameriava hlavne na expresiu génov alebo chemických signálov. V laboratóriu Michaela Levina je odpoveďou na hádanku regenerácie nádej na nájdenie iného fenoménu, bioelektriny, a tieto nádeje zjavne nie sú neopodstatnené.
Skutočnosť, že v živom organizme sú prítomné elektrické prúdy, je známa už od čias Galvaniho experimentov. Málokto však študoval ich vplyv na vývoj tak pozorne ako Levin. Bioelektrina mala dlho šancu stať sa hodnou témou experimentov, ale molekulárna revolúcia v biológii v druhej polovici 20. storočia odsunula výskumný záujem o túto problematiku na okraj vedy.
Levin, pochádzajúci z oblasti počítačového modelovania a genetiky, využívajúci najmodernejšie metódy, ktoré u jeho predchodcov absentovali, sa v skutočnosti týmto smerom vracia k biologickému mainstreamu. Jeho nadšenie je založené na viere, že elektrina je základným fyzikálnym javom a evolúcia si nemohla pomôcť, iba ju použila v základných procesoch, ako je vývoj organizmu.
Vedec môže zmenou transmembránového potenciálu buniek nariadiť tkanivám pulca, aby mu narástlo oko na vopred určenej oblasti tela. Na stene jeho laboratória visí fotografia šesťnohej žaby. Ďalšie končatiny sa u nej objavili výlučne v dôsledku vystavenia elektrickým prúdom. Na rozdiel od neurónov sú bežné bunky neschopné streľby, ale môžu dôsledne prenášať signály do celého tela cez medzery. Ak má planar, malý červ, ktorý sa dokáže regenerovať, odrezaný chvost, z oblasti rezu sa do hlavy pošle požiadavka, aby sa ubezpečil, že je na svojom mieste. Blokujte prenos týchto informácií a namiesto zamýšľaného chvosta vyrastie hlava.
Manipuláciou s rôznymi iónovými kanálmi, ktoré určujú elektrické vlastnosti buniek, vytvorili vedci vo svojich experimentoch červy s dvoma hlavami, dvoma chvostmi a dokonca červy neobvyklého dizajnu so štyrmi hlavami. Podľa Levina mu takmer vždy hovorili, že jeho nápady by nemali fungovať. Stavil na svoju intuíciu, ktorá vo väčšine prípadov nezlyhala.
Od týchto pokusov je ešte veľmi ďaleko od úplných znalostí o tom, ako obnoviť končatinu u človeka. Zatiaľ čo zdravotne postihnutí ľudia môžu rátať iba s vylepšením protéz. Jedinečné laboratórium na Tuftsovej univerzite však hľadá niečo ešte zásadnejšie: podobne ako genetický kód, domnieva sa Levin, musí existovať bioelektrický kód spájajúci gradienty a dynamiku membránového napätia s anatomickými štruktúrami.
Po pochopení bude možné nielen riadiť regeneráciu, ale aj ovplyvňovať rast nádorov. Levin ich považuje za dôsledok straty informácií o tvare organizmu bunkami a štúdium problému rakoviny má v náplni práce svojho laboratória. Ako to často býva, zdanlivo odlišné procesy môžu mať jedinú povahu.
Ak je bioelektrický kód skutočne za stavbou rôznych orgánov tela, jeho riešenie by mohlo osvetliť dva najdôležitejšie problémy, ktorým ľudstvo naraz čelí.