CASTLE.PRI.EE

Механизм регенерации у саламандр является загадкой для учёных. Одной из версий является, что регенерация утерянных конечностей связана с действием стволовых клеток. Способность саламандр отращивать себе лапы, легкие, мозг – можно назвать магической. Это волшебство давно интересовало человечество. Её изучали Аристотель, Вольтер, Дарвин.

Когда животное теряет часть тела, клетки поверхностного слоя кожи быстро покрывают рану, так называемой эпителиальной крышкой. Фибробласты разрывают связи с соединительной тканью и образуют на месте раны бластему, из которой формируется новая конечность. К примеру, на новую лапу уходит всего три недели.

В конце 20 века ученые предполагали, что клетки саламандр похожи на стволовые, то есть могут превращаться в любой орган. Мартин Крагль из немецкого Института Макса Планка выяснил, что это происходит по-другому. Он исследовал, как мексиканская саламандра аксолотль Ambystoma mexicanum отращивает себе конечности и ткани.

Крагль воспользовался открытиями сотрудников Калифорнийского университета, которые доказали, что клетки бластемы саламандр подобны клеткам в развивающихся конечностях эмбрионов млекопитающих. Они, способны обновлять свои конечности, однако теряют эти навыки перед появлением на свет.

Была выдвинута идея, что развитие конечностей из бластемы практически повторяет в кратком виде их естественное развитие у растущих существ. Исследователи разделили животных на две группы. Первой ввели протеин GFP, полученный из флюоресцирующей медузы. В ультрафиолете этот протеин подсвечивает клетки зелёным цветом, что позволяет учёным проследить происхождение различных клеток и их предназначение.

Во вторую группу вошли как взрослые аксолотли, так и личинки. Им ученые ввели клетки с протеином, взятые у генно-модифицированных особей. Личинкам вещество вкалывали туда, откуда должны были вырасти различные ткани и органы, в частности нервная система. Взрослым особям сначала вводили клетки с протеином, а потом отрезали от тела по кусочку.

Наблюдения показали, что клетки ведут себя весьма консервативно. Они вырастают лишь в те органы и ткани, из которых произошли. Издание Science Daily пишет: «Главный вывод исследователей: новые клетки мышц производят лишь старые клетки мышц, новые клетки кожи производят лишь старые клетки кожи, новые нейроны производят только старые нервные клетки».

Нагляднее всего этот процесс наблюдался у личинок: вколотые в область, откуда должна была вырасти нервная система, подсвеченные зелёным клетки распространялись по растущему аксолотлю в точности по схеме нервной системы. Исследователи написали в журнале Nature: «Вероятно, клетки близ ампутированного органа перепрограммируются, что позволяет им запускать эмбриональные программы формирования тканей без возврата к изначальной полипотенциальной клетке».

Другими словами, клетки саламандр ведут себя принципиально иным образом, чем стволовые. Если последние способны получать специализацию и развиваться практически в любые органы, то в клетках саламандр заложен механизм четкой преемственности.

Преимущество клеток саламандр в том, что для начала процесса регенерации они обходятся без достижения эмбрионального состояния. Они отлично работают, будучи взрослыми. Раскрыв тайну «активных клеток», врачи смогут выращивать человеку оторванную руку или ногу по примеру саламандры. Имеются сообщения, что Аксолотли могут буквально собирать себя по частям – присоединяя к себе освободившиеся части других сородичей – включая головы.

Один из авторов исследования Малькольм Меден считает: «Однажды мы сможет регенерировать ткани людей». Эти эксперименты оплачивал департамент обороны США, представители которого хотят помочь перенёсшим ампутацию ветеранам Ирака и Афганистана.

Ещё одна загадка саламандр. Они доверяют водорослям «кормление» своих яиц. Впервые этот союз был описан более 120 лет назад. В настоящее время, Райан Керни из Университета Далхаузи с коллегами выяснили, что водоросли устраиваются в эмбрионе пятнистой саламандры Ambystoma maculatum фактически до рождения. Это происходит тогда, когда перед оплодотворением яйца проходят по половым путям матери. Они рассказали об этом в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Пятнистые саламандры большую часть своей жизни проводят под землёй, охотясь на сверчков, многоножек и другую живность. Полностью на открытую поверхность они выбираются тёплыми и влажными весенними ночами в поиске партнёров для спаривания. Тогда мелкие пруды и лужицы кишат тысячами земноводных. Самки откладывают до сотни яиц, которые залипают на поверхности подводной растительности.

Снаружи яйца покрыты толстой желеподобной оболочкой, которая предотвращает высыхание и защищает зародыш от внешней среды. Но этот же щит замедляет транспорт кислорода, нужного развивающемуся организму. Этот барьер амфибии научились преодолевать, подселяя в эмбрион фотосинтезирующие, то есть продуцирующие кислород, водоросли.

Водоросли располагаются между клетками зародыша саламандры, и даже проникают в них. Фактически они, предоставляя ему свои фотосинтезирующие органеллы во временное распоряжение. В обмен водоросли получают избыточное количество легкоусвояемых азотных отходов. Они использует их для строительства собственных белков. Кроме того, даже холоднокровный зародыш становится для водорослей настоящим инкубатором, способствуя размножению последних.

Эта идиллия продолжается лишь до того момента, как формируется иммунная система саламандр, для которой водоросли уже становятся опасными чужаками.

Исследователи выдвинули теорию о взаимной пользе. Они рассказывают о таинственных сигнальных молекулах, продуцируемых водорослями и регулирующими развитие зародыша амфибий. Также загадкой является, происходит ли при этом обмен генетической информацией. Пока лишь делаются попытки выявить экспрессию генов водорослей во взрослых клетках амфибий.

Оставалось загадкой, каким образом водорослям удаётся обходить защитные системы организма саламандр. Исследователи выяснили, что зародыши саламандр получают пользу от сосуществования с водорослями. Однако последним приходится изменять свой способ питания, приспосабливаясь к новым условиям.

Исследования показали, что водоросли модифицируют свой метаболизм, в том числе чувствительность к инсулину, а образующийся в клетках глутамин могут использовать как основной источник питания. Также они установили, что у саламандр, живущих с водорослями в клетках, активированы гены, ответственные за подавление иммунной системы. Это может объяснять то каким образом водоросли избегают иммунной реакции организма.

Учёные предположили, если имеется перенос генов водорослей во взрослых клетках амфибий, то возможно, через много десятков миллионов лет амфибии могут полноценно «позеленеть», научившись самостоятельно получать от солнца энергию и кислород. Поживём – увидим.

Источник: elifesciences_org

Комментарии запрещены.