Mazā, nemirstīgā hidra ir saldūdens dzīvnieks, kurš spēj atjaunot pilnīgi jaunu dzīvnieku tikai no sava ķermeņa sīkākajām šķipsnām. Parasti to izdara perfekti: viena pēda, viena gara izdilis ķermenis un viena tentaled galva.
Bet ar vienu ģenētisku kniebienu pētnieki var radīt milzīgas hidras, kas visā ķermenī diedz pilnībā funkcionējošas galvas - piemērotas dzīvniekam, kas nosaukts par seno grieķu briesmoni, kuram bija kaut kur no sešām līdz deviņām galvām.
Šīs daudzgalvu hidras nav tikai neprātīgas zinātnes triks. Pirmoreiz pētnieki ir izdomājuši, kas kontrolē hidra galvas atjaunošanos. Rezultāti varētu sniegt informāciju no cilvēka attīstības pētījumiem līdz vēža pētījumiem.
Izslēdziet slēdzi
Lai arī hidras ir vienkārši dzīvnieki, ķermeņa daļu atjaunošana nav mazsvarīgs sasniegums. Ar katru reģenerāciju dzīvniekam ir jāorganizē sava ķermeņa plāns tā, lai augšpusē nonāktu tikai viena galva, bet apakšā - tikai viena pēda jeb bazālais disks. Pētniekiem bija daži no šīs mīklas gabaliem. Viņi zināja gēnu Wnt3 ir izšķiroša, lai pamudinātu galvas augšanu. Viņi arī zināja, ka ir jāveic kāda molekulārā pārbaude Wnt3. Bez šīs kavēšanas hidra vienkārši augtu visā galvā. Viņi arī zināja, ka noteiktu receptoru un ģenētisko aktivatoru, ko sauc par beta-catenin / TCF, aktivizēja Wnt3 lai sāktu galvas augšanas procesu.
Bet viņiem trūka slēdža "izslēgts". Kaut kam, viņi zināja, bija jānovērš hidra augšana galvai pēc galvas, sacīja Ženēvas universitātes ģenētikas un evolūcijas profesore Brigitte Galliota.
Tā Galliota un viņas kolēģi devās medībās. Viņi sāka ar tuvu hidru, planāru vai plakantārpu radinieku, kas arī atjaunojas. Planāru genomā viņi atrada 440 gēnus, kas kļūst mazāk aktīvi, ja beta-catenin / TCF signāli tika bloķēti, dodot viņiem sākumpunktu citu šajā ciklā iesaistīto gēnu meklēšanai. No tiem 124 eksistēja arī hidra genomā.
No tiem viņi atrada tikai piecus gēnus, kas ir visaktīvākie hidra cauruļveida ķermeņa augšdaļā un vismazāk aktīvi tās pēdās, kas nozīmē, ka viņiem bija jābūt specifiskiem galvas augšanai. Starp šiem pieciem viņi meklēja gēnus, kas reģenerācijas laikā kļuva arvien aktīvāki. Palika trīs: Wnt3, Wnt5 un gēns sauc Sp5.
Rūpīgs līdzsvars
Komanda to jau zināja Wnt3 un Wnt5 ieguva augošo procesu. Tāpēc viņi koncentrējās uz Sp5. Viņi drīz atklāja, ka beta-catenin / TCF pamudina uz Sp5 - bet Sp5 nomāc arī beta-catenin / TCF signālus, apspiežot Wnt3.
Tas varētu izklausīties nedaudz dīvaini, bet tas bija tieši tas, ko pētnieki meklēja: savienojums, kas varētu iedarbināt bremzes uz citādi bēgošo atgriezeniskās saites cilpu. Lai pārbaudītu viņu darbu, viņi izaudzēja hidras, kas instruētas neizpaust Sp5 gēns.
"100 no šiem dzīvniekiem jums ir ārpusdzemdes galvas," Galliots stāstīja Live Science. "Kas ir patiešām pārsteidzošs."
Tas, kas notiek, Galliota un viņas kolēģi šodien (19. janvārī) ziņoja žurnālā Nature Communications, ir tas, ka tad, kad hidrai nepieciešama jauna galva, tā atbrīvo Wnt3, kas pieķeras beta-katenīnam / TCF, kas aktivizē veselu gēnu kopumu, ieskaitot vairāk Wnt3 un Sp5. Bez Sp5, Wnt3 turpina uzturēt ciklu, un visā reģenerējošā hidrātā parādās tonnas galvu. Galliāts sacīja, ka šīs galvas ir pilnīgi funkcionālas. Viņiem ir nervu sistēma un taustekļi un darba mute.
Kad Sp5 ir attēlā, kā tas ir dabā, tas saistās Wnt3, neļaujot minētajam aktivatoram atrast un saistīties ar beta-catenin / TCF. Ja nav Wnt3, beta-catenin / TCF pārtrauc izsūtīšanu "make a head!" ziņas, un aug tikai viena galva.
Galliāts sacīja, ka process ir saistīts ar līdzsvaru starp aktivizēšanu un represijām. Un tur lietas kļūst interesantas. Izrādās, ka Wnt3 ne tikai plakanās tārpus un hidras un citus vienkāršus, atjaunojošus dzīvniekus. Tas ir arī zīdītājiem, ieskaitot cilvēkus. Gēns, šķiet, ietekmē embrionālo attīstību, kas nozīmē, ka, izprotot tā funkcijas, zinātnieki varētu palīdzēt saprast, kas kontrolē agrīnu cilvēka attīstību. Wnt3 ir arī būtisks virzītājspēks dažāda veida vēzim, sacīja Galliots. Tas varētu būt tā Sp5 manipulācijas varētu apturēt šādu vēža izplatību, viņa sacīja.
Šāda veida medicīniskā izpēte vēl ir tāla nākotnē, taču hidrām ar taustekļiem raustītās galvas norāda ceļu, sacīja Galliots.
"Tas, ko mēs mācāmies no tādiem vienkāršiem organismiem kā šis, stāsta par to, kāda veida pārbaudi mēs varam darīt zīdītājiem, lai labāk izprastu," viņa sacīja. "Tas mums dod virzienu."
