Fontos tudományos hír: a Tufts University (USA) biológusainak sikerült helyreállítaniuk a farokszövet regenerálódásának képességét az ebihalakban.
Az ilyen munka hétköznapinak tekinthető, ha nem egy körülmény: az eredmény nem triviális módon, optogenetika alkalmazásával valósult meg, amely a sejtek aktivitásának fény segítségével történő szabályozásán alapul.
Minden ilyen kutatás végső célja a természetes mechanizmusok felfedezése, amelyek irányítják a testrészek javítását, és megtanulják, hogyan lehet ezeket bekapcsolni az emberekben. Az ebihalak tökéletesek erre a feladatra, mivel a fejlődés korai szakaszában megtartják az elveszett végtagok pótlásának képességét, de aztán hirtelen elveszítik. Ha levágja az úgynevezett refrakter periódusba lépett egyedek farkát, akkor már nem lesznek képesek visszanevelni.
A regenerációt kontrolláló belső rendszerek még mindig jelen vannak a testükben, de valamilyen oknál fogva leálltak. Michael Levin és kollégái ismét munkára késztették őket, hatékonyan visszafordítva a fiziológiai időt.
Nagyon jó, ahogy csinálták. A farok nélküli ebihalak egyik csoportját két napig rövid fényvillanásokkal megvilágított tartályban emelték; a másik teljes sötétségben élt. Ennek eredményeként az első csoport ebihaljai teljes értékű farokszövetet hoztak magukhoz, beleértve a gerinc, az izmok, az idegvégződések és a bőr szerkezetét. A második ebihal nem tudta leküzdeni az amputáció következményeit, ahogy annak életkoruknak megfelelően kell lennie.
Ha trükknek tűnik, csak részben. Ahhoz, hogy megértse, miért történt ez, meg kell magyaráznia a kísérlet alapját. Valójában az életciklus ugyanazon szakaszában lévő összes állatot azonos manipulációnak vetették alá. Az egyetlen dolog, ami megkülönböztette a két csoportot, a világítás megléte vagy hiánya volt. A változás azonban nem a fény volt az igazi oka. Távoli kapcsolóként szolgált, aktiválva egy olyan tényezőt, amely (nem teljesen egyértelmű) elindította a regenerációs folyamatot. Ez a tényező a sejtek transzmembrán potenciáljának hiperpolarizációja volt; vagy egyszerűbben a bioelektromosság.
Az optogenetika viszonylag megkönnyíti a kísérlet megtervezését. A fényérzékeny protein archerhodopsin mRNS-molekuláit ebihalakba injektáltuk. Ez oda vezetett, hogy egy idő után a szövet vastagságában elhelyezkedő hétköznapi sejtek felszínén „pumpaproteinek” jelentek meg. A fénnyel való stimulálás feltételei mellett (és csak ebben az esetben) indukálták az ionok áramát a membránon keresztül, ezzel megváltoztatva annak elektromos potenciálját.
Valójában a fény által aktivált membránszivattyúkon kívül a tudósok nem nyújtottak semmit az ebihal megsegítésére. Azonban a sejtek elektromos tulajdonságaira csak egy hatás elég volt ahhoz, hogy a regenerációs folyamatok komplex kaszkádját kiváltja a testben. Viszont az optogenetikának köszönhetően olyan egyszerű, mint a körte héjazása, kívülről kiváltani ezeket a változásokat, csak fényt kell adnia az ebihalra.
Promóciós videó:
A regeneráció továbbra is a biológia egyik fő rejtélye. 2005-ben a Science magazin a következő kérdést foglalta magában a tudomány 25 legfontosabb problémája között: Mi vezérli a szervregenerációt? Sajnos a tudósok még nem tudták teljesen megérteni, hogy egyes állatok életük bármely szakaszában miért állítják vissza szabadon az elveszett testrészeket, míg mások örökre elveszítik ezt a képességüket. Egyszer régen a tested tudta, hogyan nőhet egy szem vagy egy kar.
Nagyon régen volt, az embrió életének legelején. A szakértőket érdekli, hogy ezek az ismeretek hol tűnnek el, és lehet-e újra feléleszteni egy felnőttnél. Jelenleg a legtöbb biológus keresése elsősorban a gének vagy a kémiai jelek expressziójára összpontosul. Michael Levin laboratóriuma abban reménykedik, hogy egy másik jelenségben, a bioelektromosságban megtalálja a választ a regenerációs rejtvényre, és ezek a remények nyilvánvalóan nem alaptalanok.
Az a tény, hogy az elektromos áram jelen van egy élő szervezetben, Galvani kísérleteinek idejéből ismert. Kevesen tanulmányozták ugyanolyan alaposan a fejlődésre gyakorolt hatásukat, mint Lewin. A bioelektromosságnak már régóta esélye volt arra, hogy méltó témává váljon a kísérletek számára, de a biológia molekuláris forradalma a 20. század második felében a tudomány peremére szorította az ezzel a kérdéssel kapcsolatos kutatási érdeklődést.
A számítógépes modellezés és genetika területéről érkező Levin, a legmodernebb módszereket alkalmazva, amelyek elődjeitől hiányoztak, valójában ezt az irányt adja vissza a biológiai főáramba. Lelkesedése azon a meggyőződésen alapszik, hogy az elektromosság alapvető fizikai jelenség, és az evolúció nem tudta felhasználni, de felhasználta azt alapvető folyamatokban, például a szervezet fejlődésében.
A sejtek transzmembrán potenciáljának megváltoztatásával a tudós utasíthatja az ebihal szöveteit, hogy nőjenek egy szem a test egy előre meghatározott területén. Laboratóriuma falán egy hatlábú béka fényképe függ. További végtagok jelentek meg benne kizárólag az elektromos biáramoknak való kitettség eredményeként. Az idegsejtektől eltérően a hétköznapi sejtek nem képesek lőni, de réscsomópontokon keresztül folyamatosan továbbíthatják a jeleket a testben. Ha egy planárisnak, egy apró féregnek, amely regenerálódhat, levágják a farkát, a vágott területről kérést küldenek a fejnek, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a helyén van-e. Blokkolja ezen információk továbbítását, és a fej nőni fog a tervezett farok helyett.
A sejtek elektromos tulajdonságait meghatározó különféle ioncsatornák manipulálásával a tudósok kísérleteik során kétfejű, kétfarkú, sőt négyfejű, szokatlan kialakítású férgeket állítottak elő. Levin szerint szinte mindig azt mondták neki, hogy ötleteinek nem szabad működniük. Bízott intuíciójában, és az esetek többségében nem bukott meg.
Ezek a kísérletek még mindig nagyon távol állnak attól a tudástól, hogy miként lehet helyreállítani az ember végtagját. Míg a fogyatékkal élők csak a protézisek javítására számíthatnak. A Tufts Egyetem egyedülálló laboratóriuma azonban még valami alapvetőbbet keres: Levin szerint a genetikai kódhoz hasonlóan léteznie kell egy bioelektromos kódnak, amely összeköti a membránfeszültség gradiensét és dinamikáját az anatómiai struktúrákkal.
Miután megértette, nemcsak a regenerációt lehet ellenőrizni, hanem a daganatok növekedését is befolyásolni. Levin ezeket a sejtek által a szervezet alakjára vonatkozó információk elvesztésének következményének tekinti, laboratóriuma feladatai közé tartozik a rák problémájának tanulmányozása. Mint gyakran előfordul, a látszólag különböző folyamatoknak egyetlen jellege lehet.
Ha a bioelektromos kód valóban a test különféle szerveinek felépítése mögött áll, megoldása fényt deríthet az emberiség két legfontosabb problémájára egyszerre.