Природный Гуру Регенерации

Современная медицина развивается гигантскими шагами — в этом году нам уже представили первую вакцину от рака. Однако не все направления достигли такого же прогресса. На помощь приходят инновации из сферы IT и высоких технологий, которые не столько лечат человека, сколько заменяют или облегчают определённые процессы реабилитации. А что, если я скажу вам, что в будущем мы сможем заново отращивать потерянные конечности и внутренние органы? Звучит как научная фантастика, но одна мексиканская амфибия может изменить мир навсегда, благодаря своим уникальным способностям. Геном аксолотля способен превратить нас в настоящих Людей Икс!

Необычная Саламандра

Аксолотли известны своим необычным внешним видом: они напоминают смесь ящерицы и рыбы с длинным хвостом, покрытым плавником для движения в воде, маленькими конечностями и короной из перистых жабр, похожих на мелкие папоротники, колышущиеся по бокам головы. Эта странная комбинация черт вместе с широкой изогнутой пастью, создающей иллюзию вечной улыбки, очаровала людей по всему миру.

Своеобразный облик аксолотлей обусловлен их уникальной биологией. Эти саламандры относятся к земноводным, которые известны тем, что часть своей жизни проводят в воде, а часть на суше, изменяя черты и форму тела по мере роста, как, например, головастик, превращающийся в лягушку. Однако в отличие от большинства сородичей, аксолотли сохраняют свою водную форму на протяжении всей жизни: это вечные головастики, или Питеры Пэны природы.

Предки аксолотлей имели такой же метаморфический жизненный цикл, но в какой-то момент эволюция привела к тому, что вид начал оставаться в воде на протяжении всей жизни. Одним из факторов этого стало то, что воды системы озер в Мехико, в которых обитают аксолотли, наполнены круглый год, тогда как многие другие саламандры начинают жизнь во временных водоемах, которые сезонно пересыхают, вынуждая их переходить на сушу.

Способности к Регенерации

Постоянная ювенильная (молодая) форма саламандр также обладает высокой способностью к регенерации. Аксолотли могут потерять, а затем восстановить целую конечность. Они также способны регенерировать части жизненно важных органов, включая сердце, печень, глаза и даже мозг.

Именно эти регенеративные способности делают их интересными объектами для исследований таких ученых, как Питер Реддиен, член Института Уайтхеда, и аспирант его лаборатории Конор МакМанн. Реддиен изучает биологические основы регенерации у различных видов, чтобы понять её основные принципы и механизмы. Недавно его лаборатория добавила аксолотлей в число своих модельных организмов в рамках исследовательского проекта под руководством Конора.

Изучение того, как животные, способные к таким удивительным регенеративным подвигам, как восстановление конечностей, выполняют эти процессы, помогает исследователям понять, какие условия необходимы для регенерации. Эти знания могут способствовать разработке стратегий регенеративной медицины для улучшения процессов заживления у людей или даже стимулирования регенеративного восстановления.

Многие земноводные обладают способностью к регенерации, но почему именно аксолотли стали основными объектами исследований в этой области? Их легко разводить и содержать в лабораторных условиях, а также собирать их яйца и эмбрионы. Существуют специализированные компании по поставкам аксолотлей с различными генетическими особенностями, а также генетический центр Ambystoma Genetic Stock Center при Университете Кентукки, который предоставляет исследователям аксолотлей, соответствующих их требованиям.

Цель Исследований

Интересный факт:

геном аксолотля в 10 раз больше генома человека.

Ещё одной важной причиной, по которой аксолотли стали столь востребованными модельными организмами, является их сходство с человеком, а не только их уникальные особенности. Аксолотли — позвоночные, у которых есть скелет и четыре конечности, что делает их удобными для сравнений с человеком и мышами, которые чаще всего используются в качестве подопытных животных в исследованиях.

Конор исследует аксолотлей в сравнении с мышами: он изучает экспрессию генов в задних конечностях каждого вида после травмы и ищет определённые сходства. Его цель — понять, какие гены и пути используют аксолотли для регенерации конечностей, и какие из этих генов и путей всё ещё присутствуют у мышей, что может свидетельствовать об их наличии и у человека.

Когда исследователи обнаруживают, что два или более отдалённо связанных вида используют один и тот же механизм для регенерации, это предполагает, что данный механизм мог быть унаследован от общего предка.

Таким образом, изучая, как аксолотли регенерируют, Конор в значительной степени пытается выяснить, используют ли они гены и биологические процессы, которые также существуют в какой-то форме у человека.

Общие механизмы, которые Реддиен и другие исследователи выявили среди различных видов, предполагают, что далекий предок человека, который общ для всех двусторонне симметричных животных, был гораздо более регенеративным, чем мы сейчас.

Если у людей остались части генетических путей, которые наш предок использовал для регенерации, то повышается вероятность того, что в будущем учёные смогут активировать у нас какую-то степень регенеративного заживления. Это напоминает ситуацию, когда проще воссоздать рецепт блюда, если у вас есть большинство исходных ингредиентов, чем, если бы пришлось изобретать его с нуля.

Компоненты Регенерации

По словам Конора, есть три основных компонента, которые исследователи лаборатории Реддиена считают необходимыми для регенерации: «Нужны клетки, способные восстанавливать недостающие ткани, нужна позиционная информация, которая направляет рост тканей в правильной форме и размерах, и необходимы сигналы в области раны для организации и запуска всех этих процессов».

Чем лучше исследователи смогут описать биологию этих трёх факторов у позвоночных, таких как аксолотли и мыши, тем лучше они поймут «рецепт» регенерации у позвоночных, и какие его компоненты отсутствуют у человека.

Основной компонент регенерации, на котором сосредоточен Конор — это позиционная информация или механизм, который организм использует, чтобы «запомнить» правильный план своего тела и вырастить новую ткань в соответствии с ним.

Все животные используют системы позиционной информации в процессе своего развития для формирования тела в нужной форме. У планарий (плоских червей) эта система остаётся активной на протяжении всей жизни: Реддиен и его коллеги выяснили, что определённые гены, экспрессируемые в мышечных тканях планарий, поддерживают внутреннюю систему GPS, которая указывает клеткам, куда идти и чем стать, чтобы восстановить недостающие части тела в соответствии с исходной формой.

Именно поэтому, когда планария теряет хвост, клетки, заполняющие эту область, знают, что нужно отрастить именно хвост, а не голову, и что его размер должен соответствовать остальному телу.

Исследователи из лаборатории Реддиена обнаружили, что виды, отдалённо связанные с планариями, используют аналогичную систему позиционной информации для управления регенерацией, что указывает на существование подобной системы у предка большинства современных животных. Существуют доказательства того, что позвоночные сохранили некоторые аспекты этой системы позиционной информации.

Конор сейчас пытается выяснить, насколько сильно позиционная информация сохраняется у взрослых позвоночных. Он особенно интересуется генами, которые активны в клетках соединительных тканей, таких, как коллаген и хрящи, которые выполняют роль каркаса и поддерживающего материала в организме, и которые, вероятно, приняли на себя роль предложенной системы GPS, свойственной мышцам предков позвоночных.

«Если у этих организмов существует устойчивая система позиционной информации во взрослых тканях, это не значит, что регенеративная медицина сразу станет лёгкой задачей, но она станет более реальной», — говорит Конор. «Внедрение в организм человека системы координат, которая могла бы направлять формирование конечности после её потери или ранения, будет чрезвычайно сложной задачей. Определение того, какая система GPS у нас есть во взрослых тканях, не приведёт к немедленным решениям в регенеративной медицине, но, думаю, это будет необходимым шагом, если регенерация конечностей когда-нибудь станет возможной у людей».

Аксолотли в Дикой Природе

Изначально аксолотли обитали в ряде озёр в районе Мехико, Мексика. Этот вид имеет значительное культурное значение для страны. Название аксолотль происходит от имени бога Шолотля, который, согласно ацтекской мифологии, превратился в саламандру, чтобы избежать жертвоприношения. С тех пор аксолотли продолжают появляться в мексиканском искусстве и культуре. Сегодня они даже изображены на мексиканской валюте — на оборотной стороне банкноты номиналом 50 песо.

Если этот вид так любим и широко распространён в научных лабораториях и среди любителей экзотических животных, то почему же он оказался на грани исчезновения в дикой природе? Проблема не в самих аксолотлях: они прекрасно размножаются, и в условиях неволи их популяция быстро растёт. Основная проблема заключается в исчезновении и деградации их естественной среды обитания.

Большинство исторических озёр Мехико давно исчезли из-за человеческой деятельности и ухудшения экологической обстановки. Воды осушались и изменялись на протяжении веков, чтобы предотвратить наводнения в долине и обеспечить потребности в ирригации. Среда обитания аксолотлей сократилась до серии каналов — остатков одного из озёр, Сочимилько.

Угрозы для их существования включают загрязнение и инвазивных хищников в каналах. Тем не менее, многие люди работают над восстановлением популяции аксолотлей. Масштабные усилия по сохранению вида под руководством исследователей Национального автономного университета Мексики привлекли мировое внимание и поддержку.

Большинство аксолотлей, содержащихся в качестве домашних животных или в исследовательских лабораториях, на самом деле являются гибридами, полученными в результате межвидового скрещивания с близкородственными видами, такими как тигровая саламандра. Это скрещивание способствовало увеличению генетического разнообразия среди аксолотлей в неволе, однако для сохранения диких аксолотлей необходимо работать исключительно с популяцией из каналов Сочимилько и избегать выпуска лабораторных или домашних особей в природу.

«Биологическое разнообразие в животном мире очень велико, и когда оно оказывается под угрозой, мы теряем возможность его изучения, что серьёзно ограничивает наше понимание полного спектра биологических явлений. Существует несколько модельных организмов, которые тщательно изучены и часто используются, таких как мыши и плодовые мушки. Но, выходя за рамки этих традиционных моделей, вы быстро осознаёте, что биология способна на гораздо большее, чем можно представить на этих немногих примерах. Когда сталкиваешься с таким организмом как аксолотль, который настолько уникален и необычно способен к регенерации, начинаешь задумываться, какие ещё биологические явления остаются за пределами нашего понимания, когда виды вымирают», — говорит Конор.

Вероятно, в ближайшем будущем мы ещё не сможем использовать силу регенерации на уровне аксолотлей, отращивая новые конечности. Однако, когда учёные обнаружат геном, использовавшийся нашим общим предком, медицина сделает очередной прорыв. Мы сможем оказывать помощь людям с ограниченными возможностями и тем, кто пострадал в серьёзных авариях и катастрофах. И всё это — благодаря одной маленькой саламандре!

Материал подготовил

Леонид Лев Березовский-Западинский,

специально для kommersantinfo.com

Вы можете поддержать этот проект по ссылке.