А что если люди были бы способны заново вырастить ампутированную руку или ногу или полностью восстановить работу нервной системы после повреждения спинного мозга? Однажды это может стать реальностью, согласно результатам нового исследования, посвящённого нашим ближайшим беспозвоночным родичам, кишечнодышащим. Кишечнодышащие обитают в песке, окружающем коралловые рифы, но их близость к хордовым означает, что генетическое строение и общий план тела этих червей удивительно сходны с нашими.
Исследование, проведённое в Вашингтонском университете (University of Washington) и опубликованное в декабрьском выпуске журнала Developmental Dynamics, продемонстрировало, что кишечнодышащие полухордовые, будучи разрезанными пополам, могут вырастить любую крупную часть тела, в том числе, голову, нервную систему и внутренние органы. Если учёные смогут разблокировать группу генов, ответственную за процессы регенерации, однажды они, возможно, начнут отращивать утраченные части тела уже у людей — управляя нашим общим генетическим наследием.
«Тысячи наших генов являются общими с генами кишечнодышащих. И у человека имеются многие, если не все, гены, используемые этими червеобразными животными для регенерации частей тела, — рассказал ведущий автор исследования Шон Латтрелл (Shawn Luttrell), аспирант Вашингтонского университета, работающий в Friday Harbor Laboratories. — Если нам удастся определить механизмы, при помощи которых кишечнодышащие регенерируют, эти данные можно будет использовать для разработки различных методов восстановления нервной системы».
В новом исследовании было установлено, что кишечнодышащие — одни из немногих живущих в настоящее время полухордовых — будучи разделёнными надвое, выращивают голову или хвост в точном соответствии со строением той или иной половины тела. Представьте, что вы могли бы разрезать человека напополам в районе талии, и верхняя половина отрастила бы новые ноги, а нижняя — новую голову.
Как показали наблюдения, через 3 или 4 дня после рассечения кишечнодышащие начинают выращивать головную часть и рот, через 5—10 дней появляются почки и сердце, а к 15 дню у них вырастает новая нервная трубка, соответствующая нашему спинному и головному мозгу.
После разделения каждая из половинок животного продолжает нормально функционировать, и последующие рассечения также приводят к появлению — как только все части тела восстановятся — жизнеспособных здоровых организмов.
«Регенерация делает животных и популяции бессмертными, — рассказала соавтор работы Билли Свалла (Billie Swalla), профессор биологии Вашингтонского университета и руководитель Friday Harbor Laboratories. — Регенерируют не просто ткани — восстанавливаются пропорции и строение частей тела, поэтому к концу процесса вы уже не можете отличить регенерировавшего «червя» от «червя», который никогда не был рассечён».
Учёные также изучили профили экспрессии генов кишечнодышащих, находившихся в процессе регенерации. По мнению исследователей, это — первый шаг к пониманию механизмов, управляющих восстановлением. Авторы работы полагают, что у этих примитивных животных существует «пульт управления», ген или набор генов, ответственный за активацию генетической программы регенерации, поскольку, стоит начаться процессу восстановления, один и тот же шаблон начинает наработать у разных особей. Это выглядит так, как будто отдельные клетки независимо друг от друга смотрят на «дорожные знаки», указывающие, на каком расстоянии рот должен находиться от жаберной щели, а также каковы пропорции остальных частей тела и исходный размер животного.
«Когда эти генетические шаблоны будут изучены, мы сможем активировать их в клетках образца ткани человека, перенёсшего ампутацию. Затем образец будет размещён на повреждённой конечности, и рука или нога вырастут до нужного размера, — пояснила профессор Свалла. — Я действительно считаю, что мы, люди, потенциально способны к регенерации, но что-то мешает этому механизму запускаться. Я верю, что у людей есть такие же гены, как у кишечнодышащих, и если мы поймём, как их активировать, мы сможем заново выращивать утраченные части тела».
Регенерация распространена в животном мире, однако среди позвоночных (к которым относятся и люди) она наиболее развита у земноводных и рыб. Люди могут в некоторой степени восстанавливать фрагменты органов и кожу, но способность отращивать части тела мы утратили.
Учёные полагают, что существует несколько причин утраты этой способности. Возможно, наша иммунная система — в попытке остановить кровотечение или предотвратить попадание инфекции — подавляет регенерацию, создавая непроницаемый рубец на раневой поверхности. Или, может быть, дело в том, что восстановление относительно крупных частей тела (а у нас они больше, чем у многих других видов) требует слишком много энергии. Регенерация, с этой точки зрения, может оказаться неэффективна — организму проще приспособиться использовать 9 пальцев вместо 10 или одну руку вместо двух.
Сейчас учёные работают над определением типов клеток, которые задействованы в процессе восстановления. Это могут быть стволовые клетки, обеспечивающие регенерацию, или клетки ткани, получившие задачу увеличить её количество. Исследователи также надеются активировать гены, способные провести процесс полной регенерации у животных, в настоящее время лишённых такой возможности. В частности, планируется провести ряд экспериментов на рыбке Danio rerio, традиционно используемой в качестве модельного животного для изучения работы генов позвоночных животных.
