Отримання голови: Як черви відновлюють втрачену тканину

Таємниця того, чому одні тварини можуть регенерувати частини тіла, а інші не можуть, довго здивувала вчених, але три нових дослідження привели цю проблему до голови.

Три різні дослідницькі групи вивчали, чому деякі види плоских червів можуть регенерувати цілі голови та хвости після розрізання на шматки, тоді як інші види хробаків лише частково відновлюють свої частини тіла. Активуючи єдиний ген у каскаді сигналів, що беруть участь у регенерації, дослідники відновили здатність хробаків вирощувати нові голови.

"У плоских черв'яків ви можете вирізати один шматочок з будь-якої частини хробака, і якимось чарівним чином він перетворюється на глиста", - сказав молекулярний біолог Йохен Ринк, який керував одним із досліджень. Питання: "Чому одні тварини можуть регенерувати, а інші не можуть?" сказав Рінк з Інституту молекулярно-клітинної біології та генетики імені Макса Планка в Дрездені, Німеччина.

Нежить голова

Щоб знайти відповідь на це питання, три групи вивчали кілька близькоспоріднених видів плоских червів, або планарій. Деякі види, такі як Schmidtea mediterranea, мають чудові здатності до регенерації. Якщо вирізати цих хробаків де завгодно по довжині, на голові виросте новий хвіст, а на хвості - нова голова. [Галерея зображень: Чудові біонічні тварини]

Навпаки, такі види, як Dendrocoelum lacteum, мають меншу здатність до регенерації. Якщо вирізати цих черв'яків у межах чверті тіла, найближчого до голови, вони утворять двох цілих черв'яків, але якщо їх порізати далі, ціла частина хвоста не відростить голову.

Процес вирощування нової голови, укомплектованої мозком та очима, є м’яко кажучи складним. Попередні дослідження показали, що розрізання частини тіла викликає ланцюг сигналів у стовбурових клітинах - біологічну шпаклівку, яка може перерости в будь-який тип тканини. Разом ці сигнали діють як молекулярний перемикач: активація сигналів призводить до створення нового хвоста, тоді як блокування їх дає змогу розвиватися новій голові.

Тепер, використовуючи передові технології генетичного секвенування, дослідники визначили, які гени активні, вмикаючи сигнали регенерації, у плоских червів, які можуть генерувати нові нігті в порівнянні з тими, які не можуть.

Жоден з генів, пов'язаних з регенерацією голови, не був активним у хвостових половинках тих черв'яків, які регенерували лише частково, виявили дослідження. "Це було так, ніби шматок [хвоста] ніколи не приймав рішення ініціювати регенерацію голови", - сказав Ринк LiveScience.

Далі дослідники штучно блокували молекулярні сигнали, що викликають регенерацію хвоста. В результаті глисти, яким раніше не було можливості регенерувати голови, змогли виростити нових.

Ідея про те, що втручання в один ген може подолати блокаду регенерації голови, стала великим сюрпризом, сказав Філіп Ньюмарк, біолог з розвитку в Університеті Іллінойсу в Урбана-Шампейн і керівник одного з інших досліджень.

Каток погодився. "Щоб штучно викликати цей процес, ви можете подумати, що вам доведеться крутити сотню ручок одночасно - але, можливо, вам доведеться покрутити лише кілька ручок", - сказав він.

Плоских червів можна навіть зробити так, щоб виростити другу голову замість хвоста, і кожна голова контролює половину тіла. Або ви можете зробити хробака без голови та двох хвостів, що змушує вас задуматися, навіщо їм взагалі потрібен мозок, сказав Ринк.

Повноваження регенерації

Команди можуть лише припускати, чому деякі види плоских хробаків можуть регенерувати голови природним шляхом, а інші види хробаків не можуть. Дослідники сказали, що можуть бути компроміси для повної регенерації. Ринк припустив, що деякі плоскі черви використовують регенерацію як метод безстатевого розмноження. "Тварина прикріплюється до поверхні, і голова" відходить ", - сказав він. Інші плоскі черви можуть сконцентруватися на виробництві яєць для статевого розмноження, за рахунок їх здатності до регенерації.

Невробіолог Алехандро Санчес Альварадо, який не брав участі в жодному з досліджень, заявив, що висновки важливі для розуміння вченими регенерації плоских червів та розвитку явища. "Залишається питання, чи може такий тип модуляції пояснювати втрату або приріст регенеративних можливостей у тварин, крім [плоских червів]", - сказав Санчес Альварадо, нейробіолог з Інституту медичних досліджень Стоуерса в Канзас-Сіті, штат Міссурі.

Інші тварини, такі як певні типи саламандр і риб, також можуть відновлювати кінцівки. Але поки незрозуміло, чи використовують вони той самий "план" для регенерації, чи вони самостійно розвивали свої здібності, сказав Ринк.

Заманливо запитати, чи можуть люди скористатись цими дослідженнями регенерації тканин. Але люди сильно відрізняються від плоских черв’яків і не мають здатності частково регенерувати, як це роблять глисти.

"Вивчення того, як ми можемо перекласти принципи, виведені з цих досліджень, на принципи регенерації ссавців було б цікавим і, зрештою, може бути корисним для розвитку регенеративної медицини [у людей]", - сказала Маюмі Іто, професор дерматології з Медичної школи Нью-Йоркського університету, яка не займається дослідженнями.

Висновки всіх трьох груп були детально описані сьогодні (24 липня) в журналі Nature.