Důležité vědecké zprávy: biologům z Tufts University (USA) se podařilo obnovit schopnost regenerovat ocasní tkáň v pulci.
Takovou práci lze považovat za běžnou, ne-li pro jednu okolnost: výsledku bylo dosaženo netriviálním způsobem pomocí optogenetiky, která je založena na řízení buněčné aktivity pomocí světla.
Konečným cílem všech těchto studií je objevit přirozené mechanismy, které řídí opravu částí těla, a naučit se, jak je zapnout u lidí. Pulci jsou pro tento úkol ideální, protože si v rané fázi vývoje zachovají schopnost nahradit ztracené končetiny, ale pak ji náhle ztratí. Pokud odříznete ocas jednotlivcům, kteří vstoupili do takzvaného refrakterního období, již jej nebudou moci znovu vypěstovat.
Interní systémy, které řídí regeneraci, jsou stále přítomny v jejich tělech, ale z nějakého důvodu jsou zastaveny. Michael Levin a jeho kolegové je přinutili znovu pracovat, čímž efektivně vrátili fyziologický čas zpět.
Způsob, jakým to udělali, je skvělý. Jedna skupina pulců bez ocasu byla dva dny zvednuta v kontejneru osvětleném krátkými záblesky světla; druhý žil v úplné tmě. Výsledkem je, že pulci první skupiny obnovili plnohodnotnou ocasní tkáň, včetně struktur páteře, svalů, nervových zakončení a kůže. Druhé pulci nemohli překonat důsledky amputace, jak by měla být v jejich věku.
Pokud to zní jako trik, je to jen částečně. Abyste pochopili, proč se to stalo, musíte vysvětlit princip, ze kterého experiment vychází. Ve skutečnosti byla všechna zvířata ve stejné fázi životního cyklu podrobena identickým manipulacím. Jediné, co tyto dvě skupiny odlišovalo, byla přítomnost nebo nepřítomnost osvětlení. Světlo však nebylo skutečnou příčinou změny. Sloužil jako dálkový spínač, který aktivoval faktor, který (ne zcela jasný) spustil proces regenerace. Tímto faktorem byla hyperpolarizace transmembránových potenciálů buněk; nebo jednodušeji bioelektřina.
Díky optogenetice je relativně snadné navrhnout experiment. Molekuly mRNA fotocitlivého proteinu archerhodopsinu byly injikovány do pulců. To vedlo k tomu, že se po nějaké době na povrchu běžných buněk umístěných v tloušťce tkáně objevily „pumpové proteiny“. Pod podmínkou stimulace světlem (a pouze v tomto případě) indukovali proud iontů přes membránu, čímž změnili její elektrický potenciál.
Vedle membránových čerpadel aktivovaných světlem ve skutečnosti vědci nenabídli nic, co by pulcům pomohlo. K aktivaci složité kaskády regeneračních procesů v těle však stačil jediný účinek na elektrické vlastnosti buněk. Díky optogenetice je zase tak snadné zvenčí hrušky vyvolat tyto změny zvnějšku, stačí jen rozsvítit pulce.
Propagační video:
Regenerace zůstává jedním z hlavních tajemství biologie. V roce 2005 časopis Science zařadil mezi 25 nejdůležitějších problémů vědy následující otázku: What Controls Organ Regeneration? Vědci bohužel dosud nebyli schopni plně pochopit, proč některá zvířata v kterékoli fázi svého života volně obnovují ztracené části těla, zatímco jiná tuto schopnost navždy ztrácejí. Kdysi vaše tělo vědělo, jak vypěstovat oko nebo paži.
Bylo to dávno, na samém počátku života jako embryo. Odborníky zajímá, kde tyto znalosti mizí a zda je možné je u dospělých znovu oživit. V současné době je hledání většiny biologů zaměřeno hlavně na expresi genů nebo chemických signálů. V laboratoři Michaela Levina doufá, že odpověď na hádanku regenerace najde v jiném fenoménu, bioelektřině, a tyto naděje zjevně nejsou neopodstatněné.
Skutečnost, že v živém organismu jsou přítomny elektrické proudy, je známa již od dob Galvaniho experimentů. Málokdo však studoval jejich dopad na vývoj tak pečlivě jako Lewin. Bioelektřina měla dlouho šanci stát se hodným tématem experimentů, ale molekulární revoluce v biologii ve druhé polovině 20. století posunula výzkumný zájem o tuto problematiku na okraj vědy.
Levin, pocházející z oblasti počítačového modelování a genetiky, využívající nejmodernější metody, které u jeho předchůdců chyběly, ve skutečnosti vrací tento směr do biologického hlavního proudu. Jeho nadšení je založeno na víře, že elektřina je základním fyzikálním fenoménem, a evoluce si nemohla pomoci, než ji použít v základních procesech, jako je vývoj organismu.
Vědec může změnou transmembránového potenciálu buněk dát pokyn tkadlenům, aby rostly oko v předem určené oblasti těla. Na stěně jeho laboratoře visí fotografie šestinohé žáby. Další končetiny se v ní objevily pouze v důsledku expozice elektrickým bioproudům. Na rozdíl od neuronů nejsou běžné buňky schopné střelby, ale mohou důsledně přenášet signály téměř do celého těla mezerovými spoji. Pokud má planar, malý červ, který se může regenerovat, oříznout ocas, je zaslána žádost na hlavu z oblasti řezu, aby se ujistil, že je na svém místě. Blokujte přenos těchto informací a místo zamýšleného ocasu vyroste hlava.
Manipulací s různými iontovými kanály, které určují elektrické vlastnosti buněk, vytvořili vědci ve svých experimentech červy se dvěma hlavami, dvěma ocasy a dokonce červy neobvyklého designu se čtyřmi hlavami. Levin říká, že mu téměř vždy říkali, že jeho nápady by neměly fungovat. Spoléhal na svou intuici a ve většině případů nezklamala.
Od těchto pokusů je ještě velmi daleko od plné znalosti toho, jak obnovit končetinu u člověka. Zatímco lidé se zdravotním postižením mohou počítat pouze se zlepšením protéz. Jedinečná laboratoř na Tuftsově univerzitě však hledá něco ještě zásadnějšího: jako je genetický kód, jak věří Levin, musí existovat bioelektrický kód spojující gradienty a dynamiku membránového napětí s anatomickými strukturami.
Po pochopení bude možné nejen regulovat regeneraci, ale také ovlivnit růst nádorů. Levin je považuje za důsledek ztráty informací o tvaru těla buňkami a studium problému rakoviny je jedním z úkolů jeho laboratoře. Jak se často stává, zdánlivě odlišné procesy mohou mít jedinou povahu.
Pokud je bioelektrický kód skutečně za konstrukcí různých orgánů těla, jeho řešení by mohlo osvětlit dva nejdůležitější problémy, kterým lidstvo čelí najednou.