Faith Healer - Тайната на Dr. Плосък червей

Schmidtea med Mediterraneana го обича студено и тъмно. Когато Виторио Себастиано изважда купа от лабораторните си животни от хладилника и на бял свят, се развива суматоха от бягащи червеи, по-точно плоски червеи, известни още като планарии. Но не всички могат да избягат. Погледът през микроскопа разкрива бойно поле от осакатени тела. Главите, отделени от опашката, пълзят трудно с напред. Други пънове с отсечени глави лежат неподвижно. Те не могат да възприемат светлината поради липса на сензорни клетки, а без мозък движението е невъзможно.

Посетителят на Института за молекулярна биомедицина Макс Планк в Мюнстер не трябва да се тревожи. Защото клането не е клане: След няколко дни от мили пънове растат нови опашки, глави, очи, цели мозъци и всички други органи.

Отчаян от силата на самолечение на лабораторните животни

Това преустройство на повредени планарии, което и до днес е озадачаващо, първо очарова германски натуралист. През 1766 г. Питър Саймън Палас докладва за невероятните способности на плоските червеи. Чарлз Дарвин също е очарован от безгръбначните, които обновяват до 40 различни клетъчни типа след ампутация. Някои видове дори се размножават чрез регенерация, а не чрез секс. За да превърне един на два, опашката се придържа към земята, докато главата дърпа останалата част от тялото с цялата си сила, докато майката не се разкъса по средата. След това всеки от двамата - не чувствителни към болка - индивиди бързо затваря раните му и възпроизвежда липсващите части чрез самообновяване.

Блестящият биолог Томас Хънт Морган първо се опита да разкрие скритите правила на тази пиеса - с прочутите си опити за ампутация в началото на 20-ти век. Колкото по-далеч той отделяше главата на планариите от останалата част на тялото, толкова по-дълго отне пълното им възстановяване. Но Морган раздели разделящите плоски червеи само в синхрон, когато ги наряза на тънки резенчета до края на опашките им. Само от тези малки крайни части изведнъж израснаха две глави вместо обичайната глава и опашка. Но как върхът на опашката може да разбере в коя позиция е бил в животното преди ампутацията? Морган се запитал това и заподозрял градиент - градиент на концентрация на сигнално вещество - по оста на тялото, който обикновено пречи на червеите да образуват глави в края на опашките си. Но когато дори парчета тъкан от страната на животните успяха да произведат непокътнати организми, които бяха до 279 пъти по-малки от нормалното, проницателният Морган се отчая от силите за самолечение на своите експериментални животни.

Плоски червеи: Повече от само учебници любопитни нещаа

От този момент нататък той се посвещава на плодовата муха дрозофила и я прави любимец на генетика. С него генетиката на развитието преживя своите триумфи, които тя повтори върху мишката, а по-късно и върху нематода Caenorhabditis elegans. Развитието на неговите 959 клетки може да бъде проследено на живо под микроскоп. Геномът на червея, който не е свързан с планариите, е дешифриран през 1998 г. като първият от многоклетъчния организъм. По това време планариите все още представят своето съществуване като любопитни факти от учебниците. Правилата за тяхното регенериране са изследвани само от външни лица.

Те преживяват блестящо завръщане само от няколко години. Тъй като няма значителна регенерация при плодови мухи, нематоди или мишки. Когато биолозите за развитие се чудеха как една мишка се прави от ембрион, а черният дроб - от парче чернодробна тъкан, те попаднаха на регенеративни зони с резервоар от собствените стволови клетки на тялото. Тъй като ембрионалните и възрастните стволови клетки трябва да помагат за излекуване на болести в бъдеща епоха на регенеративна медицина, планариите сега се връщат в лабораториите. При възрастни животни до 30 процента от всички клетки са стволови клетки. Тези необласти са универсални като ембрионални стволови клетки, но могат не само да произвеждат мускулни, мозъчни и чревни клетки, както и всеки друг тип клетки, необходими в тялото за живота на червея.

„Тези прости организми са идеални моделни системи за разбиране на механизмите на плюрипотентността на стволовите клетки“, казва Виторио Себастиано, който изследва планарии в лабораторията на изследователя на стволови клетки Ханс Шьолер. Движещата сила на завръщането е Алехандро Санчес Алварадо от университета в Юта в Солт Лейк Сити. С избора на Schmidtea med Mediterraneana като образцов организъм, той получава преврат. Видовете, които са отгледани за първи път в Барселона през 70-те години, сега са генетично скринирани в около 30 лаборатории по света.

Малък червей, голяма фармация

„В момента областта на регенерацията е там, където биологията на развитието беше в началото на 20-ти век“, казва сътрудникът на Хауърд Хюз, чиято лаборатория в момента дава тонове вълнуващи резултати от научните изследвания. Ентусиазмът му е заразен. Защото въпреки 250-годишните изследвания на регенерацията, дори основните явления все още не са разбрани. Защо планариите въобще могат да регенерират цели части на тялото, но не и други, понякога тясно свързани животински групи? Също така е напълно неясно дали механизмите на регенерация на ампутирани крака при саламандри, отсечени ножици при омари или растеж на нови глави при планарии спазват подобни молекулярни правила: „Ние дори не знаем защо феноменът на регенерация изглежда толкова случаен в цялото Разпространява се сред различни животни “, казва Алварадо. В случая на планарии, изследователите вече могат за първи път да приложат целия набор от инструменти за молекулярна биология към регенеративни въпроси.

С помощта на изследователи от Центъра за секвениране на геноми от Вашингтонския университет, Алварадо в момента събира частите от пъзела от четирите различни хромозоми на Schmidtea, които току-що са дешифрирани. След около година изследователите по целия свят трябва да могат да сравняват целия геном на този вид с този на хората. Предишните фрагментарни прозрения вече накараха експертите да седнат и да забележат: активният геном на планарии е много по-подобен на този на хората, отколкото на нематодите. Те дори откриха свързани гени за растежни фактори, които бяха загубени както при плодовата муха, така и при Каенорабдит. Само лабораторията на Алварадо извади 240 гена от генетичния състав на плоския червей през последната година, които играят централна биологична роля в различните фази на регенерация. Очевидно един от тях все още прави това в и върху хората: при зарастване на рани. Това сега прави планариите привлекателни дори за фармацевтични компании, базирани на изследвания. Според Алварадо, най-малко 40 от гените, които са били новооткрити миналата година, са особено интересни, защото "са активни само когато животното е ампутирано".

Те сами възпроизвеждат мозъка

През ноември Алварадо описа науката на гена piwi при планарии. Вече беше известно от зародишните клетки на дрозофила - но биологичната им функция е озадачаваща. Ако piwi се изключи за кратко време по време на ампутация чрез молекулярен трик, от бързо делящите се необласти се създават нови дъщерни клетки, които също мигрират в увредената тъкан. Там обаче окончателната трансформация в диференцирани клетки, тъй като те са необходими там, е блокирана. Регенериращите клетки вече не помнят в какво трябва да се превърнат. Животните загиват. В момента се правят опити да се подходи експериментално към механизма зад това.

Друг ключов въпрос все още не е разрешен: изследователите могат да изрежат малко парче от по-малко от 10 000 клетки от опашката на планария. Това парче няма мозък, черва, очи, просто „няма повече орган“, казва Алварадо. Но откъде това малко парче тъкан знае след ампутация, в коя позиция трябва да възникнат липсващите органи? „Честният отговор е, че не знаем“, казва Алварадо. Очевидно животното непрекъснато гарантира, че всички телесни оси активно изпитват къде в космоса се намират в момента. В епохата на съвременната генетика дори Морган отново би се радвал на планарии.

Неизследваният изследователски пейзаж в областта на плоските червеи също се хареса на Себастиано и неговия италиански колега Лука Джентиле. В Мюнстер тя се интересува от разнообразните необласти на животните. В своя геном те търсят гени, които ги правят толкова удивително подобни на ембрионалните стволови клетки. В първите си експерименти двамата се опитват да възстановят ядрата на миши клетки до тяхното ембрионално състояние с клетъчната плазма на необластите, т.е. състоянието, в което цял организъм може да се развие от тази клетка. В началото това не се получи. Двамата изследователи на Мюнстер обаче са сигурни, че в червеевите клетки има онези фактори, които връщат това всестранно качество. В момента те ловят това, което е известно като микроРНК в стволовите клетки. Тези регулатори, които са известни и при хората, биха могли „бързо да активират или блокират гени, необходими за бързи процеси на регенерация“, смята Джентиле. В края на краищата, новосъздадените клетки след ампутация вече знаят след дванадесет часа какво ще стане с тях по-късно. Езичникът винаги е изумен от това, което „малките червеи помагат на хората да разкрият всичко за своята биология“.