Regeneracijos Mokslas: Kodėl Kai kurie Gyvūnai Atsistato, o Kiti – Ne

Regeneracijos paslaptys: kodėl vieni gyvūnai sugeba atsistatyti, o kiti – praranda šį gebėjimą?

Regeneracija, arba gebėjimas atkurti prarastus ar pažeistus audinius, yra išskirtinis biologinis reiškinys, kurį evoliucijos metu išvystė įvairios gyvūnų rūšys. Kai kurios rūšys – driežai, jūrų žvaigždės ar Meksikos aksolotlis – gali atauginti galūnes, akis, smegenų dalis ar net nugaros smegenis. Tuo tarpu žinduolių regeneraciniai gebėjimai, palyginti su kitomis grupėmis, yra gerokai ribotesni – išskyrus kai kuriuos audinius ar rūšis, tokias kaip triušiai ar ožkos, dauguma žinduolių prarado šią nepaprastą funkciją.

Šis klausimas – kodėl žinduoliai neteko regeneracijos gebėjimų, kurie būdingi tiek daugeliui kitų gyvūnų – jau seniai intriguoja mokslininkus. Nacionalinio Biologijos Mokslų Instituto Pekine mokslininkų grupė, vadovaujama dr. Wei Wang, pradėjo inovatyvius tyrimus, siekdama išsiaiškinti genetinius pokyčius, susijusius su šiuo evoliuciniu poslinkiu, ir galimus būdus atkurti prarastas regeneracines funkcijas.

Lyginamieji eksperimentai: triušiai prieš peles

Tyrėjai pasirinko lyginamąjį metodą, testuodami triušius – žinomus dėl dalinio regeneracijos gebėjimo – ir peles, kurių žaizdos paprastai gyja susiformavus randui, o ne atsinaujinant audiniui. Eksperimentas buvo atliktas su ausų kriauklėmis – struktūriškai paprastu, bet biologiškai įvairiu organu, leidžiančiu aiškiai stebėti gijimo procesus.

Abiem rūšims į ausų kriaukles buvo padarytos mažos skylutės, po to kruopščiai stebėtas gijimas. Pradinės stadijos buvo panašios: per kelias dienas atsirado blastema – nespecializuotų ląstelių sankaupa. Tačiau tarp dešimtos ir penkioliktos dienos išryškėjo esminis skirtumas: triušiams pradėjo augti naujas audinys ir žaizda užsitraukė, o pelių audinys neatsistatė ir žaizda liko neužgijusi.

Genetinė analizė atskleidžia pagrindinį veiksnį

Siekdama išsiaiškinti audinių atstatymo skirtumus, tyrėjų grupė analizavo genų aktyvumą žaizdos vietoje. Ypač išsiskyrė Aldh1a2 genas: triušiams jis buvo itin aktyvus, tuo tarpu pelėms praktiškai neveikė. Aldh1a2 aktyvacija skatina retinoinės rūgšties – vitamino A darinį, būtino embrioniniam vystymuisi, ląstelių diferenciacijai ir audinių augimui – sintezę. Triušiams retinoinė rūgštis reguliavo naujo audinio struktūrą ir regeneraciją, tuo tarpu pelėms buvo stebima ir mažesnė Aldh1a2 aktyvacija, ir didesnis genų, skaidančių retinoinę rūgštį, aktyvumas, kas užblokavo regeneracinį kelią.

Retinoinė rūgštis – katalizatorius regeneracijai

Tiesiog siekdami patikrinti, ar retinoinė rūgštis tikrai yra trūkstamas elementas pelėms, mokslininkai ją sušvirkštė į pelių ausų žaizdas. Rezultatai buvo įspūdingi: reguliariai retinoinę rūgštį gavusių pelių ausų kriauklės pilnai atsinaujino – rezultatas buvo labai panašus į triušių regeneraciją.

Ankstesni bandymai kitose laboratorijose nedavė tokių rezultatų – Wang teigia, kad nesėkmė greičiausiai susijusi su per mažu dozės kiekiu ar per trumpu gydymo laikotarpiu, nes ši medžiaga organizme greitai suyra. „Retinoinė rūgštis labai greitai skyla, tad reikia tiek tinkamos dozės, tiek ilgesnio gydymo,“ paaiškino vadovas.

Genetinė modifikacija atveria regeneracijos galimybes pelėms

Patvirtinę retinoinės rūgšties svarbą, tyrėjai nusprendė aktyvuoti pelių Aldh1a2 geną. Įdiegus reguliuojančius DNR elementus iš triušių genomo šalia pelių Aldh1a2 geno, jo aktyvumas pelių genuose išaugo iki triušių lygio. Tokiu būdu genetiškai modifikuotos pelės pajėgė savarankiškai gaminti retinoinę rūgštį ir natūraliai atkurti ausų audinį be išorinių papildų.

„Parodėme, kad suaktyvinę vieną genetinį kelią galime sugrąžinti regeneracinius gebėjimus žinduoliams, bent jau tam tikriems audiniams“, – pažymėjo Wang. Vis dėlto, šių tyrimų rezultatai kol kas aktualūs tik ausų kriauklelių regeneracijai – nėra aišku, ar jie būtų pritaikomi širdies, kepenų ar galūnių audinių atstatymui.

Regeneracinės medicinos sudėtingumas ir ateities perspektyvos

Nors šis tyrimas atveria naujų galimybių regeneracinės medicinos ir audinių inžinerijos srityse, siekis atkurti prarastus organus ar galūnes žmonėms lieka tolima perspektyva. Pats Wang akcentuoja, kad audinių regeneraciją reguliuoja sudėtingi, daugiasluoksniai biologiniai tinklai – atkūrus vieną procesą, išspręsta tik maža visos dėlionės dalis.

Neatsakytas lieka ir esminis klausimas: ar Aldh1a2 kelias svarbus visiems organams, ar tik tam tikroms struktūroms, tokioms kaip ausų kriauklės? „Nežinome, ar retinoinė rūgštis galėtų skatinti ir kitų organų regeneraciją,“ pripažino Wang. „Kiekvienas organas evoliucionavo savaip, todėl galėjo susiformuoti unikalūs mechanizmai, slopinantys atsinaujinimą.“

Mokslininkai toliau tiria, kodėl žinduoliai prarado tokį platų regeneracijos potencialą. Wang komanda siekia išsiaiškinti, kokie ekologiniai ar išlikimo veiksniai leido slopinti šiuos genus žinduolių DNR. „Norėdami suprasti, kaip būtų galima sugrąžinti regeneracinius gebėjimus, turime išsiaiškinti, kodėl jie buvo prarasti per evoliuciją,“ – pabrėžė tyrėjas.

Išvados

Paskutiniai regeneracijos genetikos tyrimai atskleidė, kad suaktyvinus snaudžiantį Aldh1a2 geną, mokslininkai gali grąžinti pelėms gebėjimą atnaujinti ausies audinius – savybę, ilgai laikytą prarasta daugumai žinduolių. Šis proveržis ne tik apšviečia pagrindinius regeneracijos genetinius jungiklius, bet ir žymi svarbų žingsnį regeneracinės biologijos bei genų inžinerijos srityje.

Nors tyrimų rezultatai teikia vilčių žinduolių regeneracinės medicinos ateičiai, didžiausi iššūkiai dar laukia. Būtini tolimesni tyrimai, siekiant išsiaiškinti, ar šios technologijos bus pritaikytos sudėtingesniems organams ir, galbūt, žmogaus medicinai. Vis dėlto šis darbas atveria naujas kryptis suprasti ir panaudoti paslėptą žinduolių genomo regeneracinį potencialą.