Öngyógyító hitgyógyító - Dr. Titka
A Schmidtea mediterranea hidegen és sötéten szereti. Amikor Vittorio Sebastiano kivesz egy tál laboratóriumi állatait a hűtőszekrényből és a napvilágra, akkor menekülő férgek, pontosabban laposférgek, más néven planáriák nyüzsgése támad. De nem mindenki menekülhet. A mikroszkópon átnézve megcsonkított testek harctérét tárják fel. A faroktól elválasztott fejek nehezen kúsznak előre. Más levágott fejjel rendelkező tuskók mozdulatlanul fekszenek. Az érzékelő sejtek hiánya miatt nem képesek érzékelni a fényt, és agy nélkül a mozgás lehetetlen.
A münsteri Max Planck Molecular Biomedicine Institute látogatóját nem kell riasztani. Mivel a vágás nem mészárlás: Néhány nap múlva új fark, fej, szem, egész agy és minden más szerv nő ki a milliméteres tuskókból.
Kétségbeesve a laboratóriumi állatok öngyógyító erejétől
Ez a mai napig rejtélyes sérült planáriák átalakítása először elbűvölte a német természettudósokat. 1766-ban Peter Simon Pallas beszámolt a laposférgek elképesztő képességeiről. Charles Darwint elbűvölték azok a gerinctelenek is, amelyek amputáció után akár 40 különböző sejttípust is megújítanak. Egyes fajok a regeneráció, nem pedig a nemi úton is szaporodnak. Annak érdekében, hogy az ember ketté váljon, a farok a földhöz tapad, miközben a fej teljes erejével addig húzza a test többi részét, amíg az anya középen el nem szakad. A két - nem fájdalomérzékeny - egyén mindegyike gyorsan bezárja a sebeit, és önmegújítással megismétli a hiányzó részeket.
A ragyogó biológus, Thomas Hunt Morgan először megpróbálta feltárni ennek a játéknak a rejtett szabályait - a 20. század elején tett híres amputációs kísérleteivel. Minél távolabb választotta el a planárisok fejét a test többi részétől, annál tovább tartott a teljes helyreállítás. De Morgan csak akkor váltotta szinkronban az osztódó laposférgeket, ha ostya-vékony szeletekre vágta őket egészen a farokig. Csak ezekből az apró végdarabokból nőtt hirtelen két fej a szokásos fej és farok helyett. De honnan tudhatta a farok hegye, hogy az amputáció előtt milyen helyzetben van az állatban? Morgan ezt kérdezte tőle, és gyanította, hogy a test tengelye mentén egy gradiens - egy jelanyag koncentrációs gradiense - van, ami általában megakadályozza, hogy a férgek a farkuk végén fejet képezzenek. De amikor még az állatok oldaláról származó szövetdarabok is képesek voltak a normálisnál akár 279-szer kisebb ép organizmusokat előállítani, az ügyes Morgan kétségbeesett kísérleti állatai öngyógyító erejétől.
Laposférgek: Több mint csak a tankönyv érdekességeia
Ettől kezdve a Drosophila gyümölcslégynek szentelte magát, és a genetikus kedvence lett. Vele a fejlődési genetika megtapasztalta diadalát, amelyet megismételt az egéren, majd később a Caenorhabditis elegans fonálférgén is. 959 sejtjének fejlődését mikroszkóp alatt élőben is követni lehetett. A féreg genomját, amely nem kapcsolódik a planárisokhoz, 1998-ban megfejtették, mint egy többsejtű szervezet első adatait. Abban az időben a planáriusok még mindig tankönyv-érdekességként tekintenek létezésükre. Újjászületésük szabályait csak kívülállók tanulmányozták.
Csak néhány éve volt ragyogó visszatérésük. Mivel a gyümölcslegyekben, fonálférgekben vagy egerekben nincs jelentős regeneráció. Amikor a fejlődésbiológusok arra voltak kíváncsiak, hogyan készül az egér embrióból, a máj pedig egy májszövetdarabból, regeneratív zónákra bukkantak, ahol a test saját őssejtjeinek tározója volt. Mivel az embrionális és a felnőtt őssejtek állítólag segítenek a betegségek gyógyításában a regeneratív orvoslás jövőbeli korában, a planáriák most visszatérnek a laboratóriumokba. Felnőtt állatokban az összes sejt legfeljebb 30 százaléka őssejt. Ezek a neoblasztok sokoldalúak, mint az embrionális őssejtek, de nem csak izom-, agy-, bél- és egyéb sejttípusokat képesek előállítani, amelyek a féreg életéhez szükségesek a szervezetben.
"Ezek az egyszerű organizmusok ideális modellrendszerek az őssejtek pluripotenciájának mechanizmusainak megértéséhez" - mondja Vittorio Sebastiano, aki planáriumokat kutat az őssejtkutató laboratóriumában, Hans Schölerben. A visszatérés mozgatórugója Alejandro Sánchez Alvarado, a Salt Lake City-i Utah Egyetemről. A Schmidtea mediterranea mint mintaszervezet kiválasztásával puccsot hajtott végre. A fajt, amelyet először az 1970-es években tenyésztettek Barcelonában, a világ mintegy 30 laboratóriumában genetikailag átvizsgálják.
Kis féreg, nagy gyógyszer
"A regeneráció területe jelenleg az, ahol a fejlődésbiológia a 20. század elején volt" - mondja a Howard Hughes munkatársa, akinek laboratóriuma jelenleg rengeteg izgalmas kutatási eredményt produkál. Lelkesedése fertőző. Mert a regeneráció 250 éve tartó kutatása ellenére még az alapvető jelenségeket sem értik még. Miért képesek a planáriusok egyáltalán regenerálni az egész testrészeket, de más, néha szorosan kapcsolódó állatcsoportok nem? Az sem teljesen világos, hogy az amputált lábak regenerációs mechanizmusai szalamandrákban, a levágott karmok a homárokban vagy az új fejek növekedése a planáriusokban hasonló molekuláris szabályokat követnek-e: „Azt sem tudjuk, miért tűnik a regeneráció jelensége egész véletlenszerűnek Rengeteg állatban oszlik el ”- mondja Alvarado. Planáriumok segítségével a kutatók most először alkalmazhatták a molekuláris biológiai eszközök teljes skáláját a regeneratív problémákra.
A Washington Egyetem Genomszekvenáló Központjának kutatói segítségével Alvarado jelenleg Schmidtea négy különböző kromoszómájának puzzle-darabjait rakja össze, amelyeket most megfejtettek. Körülbelül egy év alatt a világ kutatóinak képesnek kell lenniük összehasonlítani e faj teljes genomját az emberekével. A korábbi töredékes felismerések már felkeltették a szakembereket, hogy felfigyeljenek rá: a planáriusok aktív genomja sokkal inkább hasonlít az emberekéhez, mint a fonálférgekhez. Még a növekedési faktorokhoz kapcsolódó géneket is találtak, amelyek mind a gyümölcslégy, mind a Caenorhabditis során elvesztek. Alvarado laboratóriuma csak tavaly 240 gént halászott ki a laposféreg genetikai anyagából, amelyek központi biológiai szerepet játszanak a regeneráció különböző fázisaiban. Egyikük nyilvánvalóan még mindig ezt teszi az embereken és azokon: a sebgyógyulás során. Ez vonzóvá teszi a planáriumokat még a kutatáson alapuló gyógyszeripari vállalatok számára is. Alvarado szerint a tavaly újonnan felfedezett gének közül legalább 40 különösen érdekes, mert "csak akkor aktívak, ha egy állatot amputálnak".
Maguk replikálják az agyat
Novemberben Alvarado leírta a piwi gént a Planáriusokban a Science-ben. A Drosophila csírasejtjeiből már ismert volt - de biológiai funkciójuk rejtély. Ha a piwit rövid időre kikapcsolják egy amputáció során egy molekuláris trükk segítségével, akkor a gyorsan osztódó neoblasztokból új leánysejtek jönnek létre, amelyek szintén a sérült szövetbe vándorolnak. Ott azonban blokkolva van a végleges átalakulás differenciált sejtekké, amire ott szükség van. A regeneráló sejtek már nem emlékeznek arra, hogy mivé váljanak. Az állatok elpusztulnak. Jelenleg kísérleteket tesznek kísérleti megközelítésre a mögöttes mechanizmushoz.
Egy másik kulcsfontosságú kérdés még nem oldódott meg: a kutatók kivághatnak egy apró darabot, kevesebb mint 10 000 sejtet egy planaria farkából. Ennek a darabnak nincs agya, bélje, szeme, egyszerűen „nincs több szerve” - mondja Alvarado. De honnan tudja ez az apró szövetdarab amputáció után, hogy a hiányzó szervek melyik helyzetben keletkezzenek? "Az őszinte válasz az, hogy nem tudjuk" - mondja Alvarado. Az állat nyilvánvalóan folyamatosan biztosítja, hogy az összes testtengely aktívan megtapasztalja, hogy az űrben hol tartózkodnak. A modern genetika korában még Morgan is újra örömet szerez a planáriusokban.
A laposférgek területén még nem ismert kutatási táj Sebastianót és olasz kollégáját, Luca Gentile-t is vonzotta. Münsterben az állatok sokoldalú neoblasztjai érdeklik. Genomjukban olyan géneket keresnek, amelyek olyan elképesztően hasonlóvá teszik őket az embrionális őssejtekhez. Első kísérletei során a kettő megpróbálta helyreállítani az egér sejtmagjainak embrionális állapotát a neoblasztok sejtplazmájával, vagyis azzal az állapottal, amelyben egy egész organizmus fejlődhet ki ebből a sejtből. Ez eleinte nem sikerült. A két Münster-kutató biztos abban, hogy a féregsejtekben vannak olyan tényezők, amelyek visszahozzák ezt a sokoldalú minőséget. Jelenleg az őssejtekben úgynevezett mikroRNS-ekre halásznak. Ezek az emberekben is ismert szabályozók „gyorsan aktiválhatják vagy blokkolhatják a gyors regenerációs folyamatokhoz szükséges géneket” - vélekedik Gentile. Hiszen az amputáció után újonnan létrehozott sejtek tizenkét óra múlva már tudják, mi lesz belőlük később. A pogány mindig csodálkozik azon, hogy milyen "apró férgek segítenek az embereknek mindent elárulni a biológiájukról".