Ve světě obojživelníků je králem náhradních dílů axolotl.
Tento ohrožený mlok mexický slouží jako vlastní NAPA sklad pro ztracené části těla, který je schopen plně regenerovat končetiny, ocas, srdce, páteř a oči – což z něj dělá model zvědavosti pro regenerační biology.
Většina dosavadního vědeckého zájmu byla zaměřena na blastém, pozoruhodný shluk buněk, který se tvoří na bázi amputované končetiny nebo poškozené tkáně a je modus operandi pro regeneraci. Nějakým způsobem koordinuje symfonii instrukcí k opětovnému růstu svalů, chrupavek, kostí, krevních cév, kůže – to vše na správném místě a ve správný čas, abyste vytvořili končetinu jako novou.
Vědci z týmu regenerativní biologie Morgridgeova institutu pro výzkum však přesunuli pozornost na embryonální původ axolotlů, aby získali nové stopy ke vzácným dovednostem tohoto tvora. V práci publikované v létě 2016 v časopise Developmental Biology se vědci zabývali 17 různými vývojovými stádii axolotlových embryí a našli velmi neobvyklou sérii změn v genové expresi, po nichž následovala stabilní období, což je ve vývojové biologii jedinečné.
Tyto „vlny a prohlubně“genetické změny se objevují třikrát: Když je genom poprvé aktivován, během tvorby raného střeva a během formování nervového systému. Tento vzorec dává vědcům tři horké cíle pro srovnání se stávající bankou informací o regeneraci zralých končetin axolotlů.
Směrování primární cesty
„Máme důvod se domnívat, že to, co se odehrává v procesu regenerace končetin dospělých, vypadá hodně jako raný vývoj axolotlů,“říká Jeffrey Nelson, postdoktorandský výzkumník Morgridge a hlavní autor s počítačovým biologem Peng Jiangem. V jistém smyslu může dospělé zvíře reaktivovat nějakou primární dráhu, aby spustilo formování končetin.
"Můžeme najít podobnosti v genové expresi vyskytující se v tomto raném stádiu a v buněčných typech vyvinutých v blastému?" zeptal se. "To je hlavní cesta vpřed při použití těchto dat."
Jiang říká, že projekt je také jedinečný v tom, že raný vývoj axolotlů je jen zřídka studován. Protože má axolotl tak obrovský genom, nebyl nikdy plně sekvenován – na rozdíl od žáby, která je běžným modelem embryonálního vývoje obojživelníků.
„Na rozdíl od jiných modelových druhů je axolotl jako prázdná břidlice,“říká Jiang. "Nemáme celý obrázek, jen momentky v různých vývojových bodech."
Tato práce zahrnovala sekvenační experimenty, které týmu umožnily poskládat dohromady vlákna transkriptomu axolotl – molekuly messenger RNA exprimované v organismu – a porovnat je se známými transkriptomy u žab a lidí. To umožnilo skupině sladit tyto zlomené transkripty s jejich genetickou funkcí. Peng provedl velkou část srovnávací práce ve spolupráci s profesorem biostatistiky UW-Madison Colinem Deweyem.
Po regeneračním „receptu“
Skupina hledá zásadní otázku: Když se končetina regeneruje, jaké geny v tomto procesu hrají roli? A při lepší definici tohoto procesu, mohl by existovat „recept“druhů, které by bylo možné replikovat nebo vylepšit v jiných druzích?
„Konečným cílem je porozumět drahám a molekulám zapojeným do regeneračních schopností tohoto organismu,“říká Nelson. "Pak se můžeme zeptat: Má myš podobné dráhy a dokáže reaktivovat spící schopnosti, které jsou možná latentní v jejím genomu?"
To není přitažená otázka. Regenerace není návrh buď-můžeš-nebo-nemůžeš. Žáby, myši a mnoho dalších druhů má regenerační schopnosti, jen ne na úrovni axolotlů.
Například Nelson říká, že žáby dokážou do určité míry regenerovat končetiny, ale končetiny vyrostou do jehlovitého bodu a nedokážou rozlišit číslice. Také myši dokážou regenerovat špičky svých prstů z nehtového lůžka, ale ne z blíže k tělu.
"Existují jemné náznaky, že tyto schopnosti existují v jiných organismech, ale z nějakého důvodu nemohou provádět stejnou regeneraci jako axolotl," říká.
A co lidé?
Co tedy lidem chybí? Lidé zjevně velmi dobře regenerují některé typy buněk, jako jsou kožní, svalové a jaterní buňky, ale téměř vůbec ne v buňkách nervového systému nebo v nějakých složitých tkáňových systémech. Nelson říká, že axolotlové jsou zvláště dobří při regeneraci nervového systému, což, jak se zdá, hraje ústřední roli v celém procesu regenerace končetin.
Nakonec nejfascinující otázkou je, zda se věda může od axolotla naučit něco, co by se dalo převést do lidské regenerativní medicíny. I když je to stále vzdálená vyhlídka, je to hlavní důvod, proč se výzkum axolotlů zaměřuje Morgridgeova regenerativní biologie, vedená průkopníkem kmenových buněk Jamesem Thomsonem.
„Je opravdu zajímavé být zasazen do kontextu Thomsonovy laboratoře a celého prostředí kmenových buněk a pochopit, jak tento axolotl může využívat stejné dráhy, jaké jsou přítomné v jiných organismech – a možná i lidech,“Nelson říká.
