Vigtige videnskabelige nyheder: biologer fra Tufts University (USA) formåede at genoprette evnen til at regenerere halevævet i haletudser.
Sådan arbejde kunne betragtes som almindelig, hvis ikke under en omstændighed: resultatet blev opnået på en ikke-triviel måde ved hjælp af optogenetik, der er baseret på kontrol af celleaktivitet ved hjælp af lys.
Det ultimative mål med alle sådanne undersøgelser er at opdage de naturlige mekanismer, der styrer reparationen af kropsdele og lære at tænde dem hos mennesker. Tadpoles er perfekte til denne opgave, da de i et tidligt udviklingsstadium bevarer evnen til at erstatte mistede lemmer, men så mister de det brat. Hvis du klipper halen af individer, der er kommet ind i den såkaldte ildfaste periode, vil de ikke længere være i stand til at genvinde den.
Interne systemer, der styrer regenerering, er stadig til stede i deres krop, men af en eller anden grund stoppes de. Michael Levin og hans kolleger fik dem til at arbejde igen, hvilket effektivt vendte fysiologisk tid tilbage.
Den måde, de gjorde det på, er fantastisk. En gruppe haleløse haletudser blev rejst i en beholder, der blev belyst med korte lysglimt i to dage; den anden levede i fuldstændig mørke. Som et resultat genoprettede haletudser fra den første gruppe fuldgyldigt halevæv, herunder rygsøjlens strukturer, muskler, nerveender og hud. De anden haletudser var ude af stand til at overvinde konsekvenserne af amputation, som det skulle være i deres alder.
Hvis det lyder som et trick, er det kun delvist. For at forstå hvorfor dette skete, skal du forklare princippet bag eksperimentet. Faktisk blev alle dyr på samme trin i livscyklussen udsat for identiske manipulationer. Det eneste, der adskiller de to grupper, var tilstedeværelsen eller fraværet af belysning. Lys var imidlertid ikke den sande årsag til forandringen. Det fungerede som en fjernkontakt, der aktiverede en faktor, der (ikke helt klart) udløste regenereringsprocessen. En sådan faktor var hyperpolarisering af cellernes transmembrane potentialer; eller mere simpelt bioelektricitet.
Optogenetik gør det relativt let at designe et eksperiment. MRNA-molekylerne i det lysfølsomme protein archerhodopsin blev injiceret i haletudser. Dette førte til det faktum, at der efter et stykke tid på overfladen af almindelige celler placeret i tykkelsen af vævet dukkede "pumpeproteiner" op. Under betingelse af stimulering med lys (og kun i dette tilfælde) inducerede de ionernes strøm gennem membranen og derved ændrede dens elektriske potentiale.
Faktisk har forskere bortset fra lysaktiverede membranpumper ikke tilbudt noget til at hjælpe haletudser. Imidlertid var kun en effekt på cellernes elektriske egenskaber nok til at udløse en kompleks kaskade af regenereringsprocesser i kroppen. Takket være optogenetik er det til gengæld lige så let som afskalning af pærer at forårsage disse ændringer udefra, du skal bare skinne lys på haletudsen.
Salgsfremmende video:
Regenerering er fortsat et af biologiens største mysterier. I 2005 omfattede tidsskriftet Science følgende spørgsmål blandt de 25 vigtigste videnskabelige problemer: Hvad styrer organregenerering? Desværre har forskere endnu ikke været i stand til fuldt ud at forstå, hvorfor nogle dyr på ethvert tidspunkt i deres liv frit gendanner de mistede dele af kroppen, mens andre mister denne evne for evigt. Engang vidste din krop, hvordan man skulle vokse et øje eller en arm.
Det var for længe siden, lige i starten af livet som et embryo. Eksperter er interesserede i, hvor denne viden forsvinder, og om det er muligt at genoplive den igen hos en voksen. I øjeblikket er søgningen efter de fleste biologer primært fokuseret på ekspressionen af gener eller kemiske signaler. I Michael Levins laboratorium håber svaret på gendannelsen af regenerering at finde et andet fænomen, bioelektricitet, og disse håb er tilsyneladende ikke uden fundament.
Det faktum, at elektriske strømme er til stede i en levende organisme, har været kendt siden Galvanis eksperimenter. Imidlertid har få undersøgt deres indflydelse på udviklingen så tæt som Levin gør. Bioelektricitet har længe haft en chance for at blive et værdigt emne for eksperimenter, men den molekylære revolution i biologi i anden halvdel af det 20. århundrede skubbede forskningsinteressen for dette emne til videnskabens margener.
Levin, der kommer fra computermodellering og genetik, bruger de mest moderne metoder, der var fraværende hos hans forgængere, returnerer faktisk denne retning til den biologiske mainstream. Hans entusiasme er baseret på troen på, at elektricitet er et grundlæggende fysisk fænomen, og evolution kunne ikke lade være med at bruge den i grundlæggende processer som f.eks. Udviklingen af organismen.
Ved at ændre cellernes transmembranpotentiale kan forskeren instruere vævet i haletudsen om at vokse et øje i et forudbestemt område af kroppen. Et fotografi af en seksbenet frø hænger på væggen i hans laboratorium. Yderligere lemmer optrådte udelukkende i hende som følge af udsættelse for elektriske biostrømme. I modsætning til neuroner er almindelige celler ikke i stand til at skyde, men de kan konsekvent transmittere signaler til næsten hele kroppen gennem hulkryds. Hvis en planarian, en lille orm, der kan regenere, har halen afskåret, sendes en anmodning til hovedet fra det skårne område for at sikre, at den er på plads. Bloker overførslen af disse oplysninger, og et hoved vokser i stedet for den tilsigtede hale.
Ved at manipulere forskellige ionkanaler, der bestemmer cellernes elektriske egenskaber, producerede forskere i deres eksperimenter orme med to hoveder, to haler og endda orme med et usædvanligt design med fire hoveder. Levin siger, at han næsten altid fik at vide, at hans ideer ikke skulle fungere. Han stolede på sin intuition, og i de fleste tilfælde svigtede den ikke.
Fra disse forsøg er det stadig langt fra fuld viden om, hvordan man gendanner en lem i en person. Mens handicappede kun kan stole på forbedring af proteser. Imidlertid leder det unikke laboratorium ved Tufts University efter noget, der er endnu mere grundlæggende: ligesom den genetiske kode, mener Levin, skal der være en bioelektrisk kode, der forbinder gradienter og dynamik af membranspænding med anatomiske strukturer.
Efter at have forstået det, vil det være muligt ikke kun at kontrollere regenerering, men også at påvirke væksten af tumorer. Levin ser dem som en konsekvens af tab af information om organismenes form af celler, og undersøgelsen af kræftproblemet er blandt hans laboratoriums opgaver. Som det ofte er tilfældet, kan tilsyneladende forskellige processer have en enkelt karakter.
Hvis den bioelektriske kode virkelig ligger bag konstruktionen af forskellige organer i kroppen, kan løsningen kaste lys over to af de vigtigste problemer, som menneskeheden står over for på én gang.