211service.com
Plan regeneracji kończyn
Na swój sposób salamandra aksolotla jest potężną bestią. Odetnij mu nogę, a skrzelowe stworzenie wyrośnie na nowe. Zamroź część jego serca, a organ uformuje się na nowo. Wytnij połowę jego mózgu, a sześć miesięcy później na jego miejscu wyrośnie kolejna połowa. Możesz zrobić z nim wszystko, oprócz zabicia go, a zregeneruje się, mówi Gerald Pao, badacz z tytułem doktora w Instytucie Badań Biologicznych Salka w La Jolla w Kalifornii.
Rosnące kończyny: Salamandra aksolotla jest jednym z niewielu kręgowców, które jako dorosły potrafią odrastać całe kończyny. Naukowcy sekwencjonują teraz części jego niezwykle dużego genomu, aby zrozumieć genetyczne podstawy tej zdolności.
Ta niezwykła moc regeneracji zainspirowała Pao i jego współpracownika Wei Zhu, również z Instytutu Salka, do zbadania DNA salamandry aksolotla. Pomimo dziesięcioleci badań nad salamandrą niewiele wiadomo na temat jej genomu. To zaczęło się zmieniać w zeszłym roku, kiedy Pao i jego współpracownicy zdobyli wartość miliarda baz darmowego sekwencjonowania z Nauka stosowana przez firmę Roche , z siedzibą w Penzberg, Niemcy. Teraz, gdy dane są już dostępne, naukowcy mogą wreszcie rozpocząć polowanie na program genetyczny, który obdarza zwierzę jego wyjątkowymi zdolnościami.
Podczas gdy wszystkie zwierzęta potrafią do pewnego stopnia regenerować tkankę – my na przykład możemy wyhodować mięśnie, kości i nerwy – salamandry i traszki są jedynymi kręgowcami, które w wieku dorosłym mogą wyhodować całe organy i zastąpić kończyny. Kiedy noga zostaje utracona z powodu urazu, komórki w pobliżu rany zaczynają się odróżnicować, tracąc wyspecjalizowane cechy, które uczyniły z nich komórkę mięśniową lub komórkę kostną. Komórki te następnie replikują się i tworzą zawiązek kończyny lub blastemę, z której rozwija się kończyna w taki sam sposób, w jaki powstaje podczas normalnego rozwoju.
Naukowcy zidentyfikowali niektóre sygnały molekularne, które odgrywają kluczową rolę w tym procesie, ale schemat genetyczny leżący u podstaw regeneracji pozostaje nieznany. Naukowcy mają nadzieję, że odkrywając te molekularne sztuczki, mogą ostatecznie zastosować je u ludzi, aby odbudować uszkodzoną tkankę serca lub mózgu, a może nawet wyhodować nowe kończyny.
Aby szybko zidentyfikować sekcje genomu salamandry zaangażowane w regenerację, naukowcy zsekwencjonowali geny, których ekspresja była najsilniejsza podczas tworzenia i wzrostu pączków kończyn. Odkryli, że podczas regeneracji dokonano transkrypcji co najmniej 10 000 genów. Wydaje się, że około 9000 z nich ma spokrewnione ludzkie wersje, ale wydaje się, że jest jeszcze kilka tysięcy, które nie przypominają znanych genów. Uważamy, że wiele z nich to geny, które wyewoluowały wyjątkowo u salamandry, aby pomóc w tym procesie, mówi Randal Voss , biolog z University of Kentucky, który pracuje nad projektem.
Naukowcy planują teraz stworzyć chip genowy zaprojektowany do wykrywania poziomów niektórych z tych genów kandydujących, aby naukowcy mogli dokładnie określić, w którym momencie procesu regeneracji geny są włączone. Zespół opracowuje również narzędzia molekularne, które pozwolą im wyciszyć określone geny, co pozwoli im wskazać te, które są kluczowe dla prawidłowego odrastania.
Naukowcy przeprowadzili również sekwencjonowanie losowych fragmentów genomu salamandry. Przy około 30 miliardach zasad i 10 razy większym od ludzkiego genomu jest jednym z największych wśród kręgowców. Większość naukowców spodziewała się, że dodatkowy DNA będzie składał się ze śmieciowego DNA, długich odcinków zasad między genami. Ale wstępne odkrycia były zaskakujące. Geny są średnio 5 do 10 razy większe niż geny innych kręgowców, mówi Voss. Szacuje się, że region genomu zawierający geny ma więcej niż dwie gigazasady, co odpowiada wielkości niektórych całych genomów.
Dodatkowe sekwencje DNA znajdują się w genach i są wycinane podczas translacji z genu na białko. Wiele z tego DNA zawiera powtarzające się sekwencje, których do tej pory nie znaleziono w żadnych innych organizmach, mówi Pao. Jednak nie jest jeszcze jasne, czy te powtarzające się rozciąganie ułatwiają regenerację, czy też odgrywają inną rolę w cyklu życiowym salamandry.
Jednym z kluczowych pytań, na które należy odpowiedzieć, jest to, czy salamandra ma unikalne właściwości genetyczne, które umożliwiają regenerację, czy też wszystkie zwierzęta mają tę wrodzoną zdolność. Jeśli wymyślimy jakiś całkowicie unikalny gen obecny tylko w aksolotlu, będzie to naprawdę trudne do replikacji, mówi David gardiner , biolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine, który również współpracuje przy projekcie. Woli myśleć, że regeneracja pochodzi z fundamentalnie uśpionych zdolności ssaków, które można obudzić za pomocą prostego genetycznego nakłucia. Większość tkanek w naszym ramieniu regeneruje się; to tylko ramię, które się nie regeneruje, mówi. Brakuje tego, jak koordynujesz reakcję, aby uzyskać zintegrowaną strukturę.