Гидрактиния: как она это делает?
Может ли обитатель морских глубин, обладающий необычайными регенеративными способностями, поделиться своим умением с людьми? На этот вопрос решил найти ответ корреспондент BBC Future.
В лаборатории Голуэйского университета (Ирландия) стоит аквариум, в котором - удивительные существа: на синих ножках, словно леденцы на палочках, примостились ряды ракушек, покрытых странными "живыми волосами", слегка покачивающимися в морской воде. Эта колония крошечных морских полипов, которых называют гидрактиниями, была собрана на панцирях раков-отшельников у ирландских прибрежных скал. Необычные создания - родственники медуз, кораллов и морских анемон.
Каждое из них размером не больше детской реснички и при ближайшем рассмотрении напоминает деревце на ножке, со стволиком и головой, покрытой щупальцами, с помощью которых оно ловит проплывающие мимо лакомые останки животных и растений.
А еще эти животные наделены сверхъестественной способностью: когда какая-нибудь зубастая рыба откусывает волосатой гидрактинии голову (а это происходит нередко), та отрастает заново и через неделю уже щеголяет новыми щупальцами.
Гидрактиния всего за несколько дней может заново отрастить себе голову (Фото - Институт регенеративной медицины, Голуэй, Ирландия)
Этот-то их талант и привлек внимание Ури Фрэнка и его коллег по Институту регенеративной медицины (REMEDI), расположенному в ирландском Голуэе. Фрэнк утверждает, что способность к регенерации тканей, которая встречается у организмов, подобных гидрактинии, возможно, издревле была присуща большинству животных, в том числе человеку, просто сейчас она не проявляется. Ученых, которые разделяют это убеждение, становится все больше. Так как же гидрактиния восстанавливает утраченные части тела? И не здесь ли кроется ключ к возможности регенерации тканей у человека?
Восстанавливать части тела могут многие животные - от морской звезды до саламандры. Но примитивные полипы выделяются на их фоне своими поистине необычайными способностями.
Перегруппировка стволовых клеток
Регенеративный талант гидрактинии основан на том, что она сохраняет свои эмбриональные стволовые клетки в течение всей жизни. Это означает, что в процессе заживления не просто образуется корочка и шрам, но и вырастает новая часть тела, как у зародыша, - даже голова.
В этом году на конференции специалистов по биологии развития Фрэнк продемонстрировал видеоролик, где заснят процесс восстановления головы у гидрактинии: эмбриональные стволовые клетки, генетически модифицированные таким образом, чтобы светиться зеленым, движутся к шее безголового полипа. Аудитория пришла в восторг. Как написал в "Твиттере" один из ученых: "Ури Фрэнк показал на видео, как стволовые клетки гидрактинии физически перемещаются в сторону головы (поврежденного места). Класс!"
Саламандра может заново отрастить хвост, но не другие части тела
После записи видеоролика ученые в Голуэе стали пытаться понять, каким образом гидрактиния восстанавливает свое покалеченное тело. Полученные результаты они надеются уже в ближайшее время опубликовать в каком-нибудь научном журнале. Подробности пока не разглашаются, но известно, что статья голуэйских биологов будет посвящена тому, как гидрактиния перегруппировывает свои стволовые клетки, чтобы заново отрастить голову, - к примеру, как до стволовых клеток доходит информация об утрате органа, и откуда берутся эмбриональные стволовые клетки.
Изучение гидрактинии натолкнуло Фрэнка и его коллег на еще более глубокую мысль: почему восстанавливать свое тело могут лишь некоторые животные, тогда как большинству это недоступно? Саламандра может заново отрастить хвост, но ее близкие родственники - лягушки - не в состоянии воссоздать утраченные конечности. И если крошечный морской полип способен восстановить откушенную голову, почему люди не умеют заново выращивать себе хотя бы коренные зубы? Как говорит Фрэнк, в конце концов, стволовые клетки у человека и гидрактинии не такие уж разные.
Древний предок
Процессы, происходящие в стволовых клетках, сформировались в древности, и у многих видов животных они схожи. К примеру, сложная сигнальная система Wnt, которая отвечает за контроль над стволовыми клетками у развивающихся эмбрионов и при отсутствии такого контроля провоцирует рост раковых клеток, практически одинакова у всех животных, в том числе у гидрактинии и у человека. Это одна из немногих сложных систем стволовых клеток, состоящих из сотен элементов, которые остались неизменными с тех пор, как 600 миллионов лет назад гидрактиния отпочковалась от эволюционного дерева, в итоге давшего миру человека.
В последнее десятилетие ученые стали приходить к выводу о том, что сначала стволовые клетки развились у еще более древнего, нежели гидрактиния, существа, чье мягкое тело давным-давно растворилось на дне древних морей. Фрэнк полагает, что, возможно, способность к регенерации сначала выработалась у этого доселе неизвестного существа, и все животные, появившиеся после него, уже обладали всем необходимым для восстановления утраченных частей тела, однако в современном мире эта их способность, в основном, никак не проявляется.
Удивительные способности этого существа могут указать путь к возможности регенерации тканей у человека (фото - Трейси Логан)
"Может быть, это не такая уж безумная идея. Системы стволовых клеток весьма сложны, 600 миллионов лет может не хватить для того, чтобы разработать этот комплекс с нуля. Поэтому с большей долей вероятности можно предположить, что система стволовых клеток гидрактинии и человека унаследована от какого-то общего предка, - считает Фрэнк. - Кстати, вот гидрактиния может заново отрастить голову, а мы хоть и неспособны сделать это во взрослом состоянии, в утробе матери именно этим и занимаемся - формируем свою голову. Возможно, человек с возрастом просто утрачивает эту способность, а гидрактиния – нет".
Эта теория укладывается в результаты исследования, опубликованные в прошлом году в британском научном журнале Nature, о двух разновидностях древнего плоского червя - планарии. Этот червь уже более века привлекает исследователей своими удивительными регенеративными способностями. Планарию можно разрезать на мелкие кусочки, и некоторые черви восстановят свое тело даже из мельчайшей частицы хвоста. Остальным требуется сохранить большую часть своего тела, чтобы суметь заново вырастить себе голову. Во всяком случае, так считалось до сих пор.
Плоские черви давно являются объектом исследований благодаря своим регенеративным способностям
Научные сотрудники Института Макса Планка (Германия) рассматривали гипотезу о том, что все планарии обладали одинаково сверхъестественными способностями к регенерации тканей, однако на начальном этапе эволюции у некоторых этот талант пропал. Ученые оказались правы. Довольно простая операция с системой стволовых клеток развивающегося зародыша позволила сделать из особи, неспособной вырастить голову из маленькой частицы хвоста, особь, наделенную таким талантом.
Ури Фрэнк надеется, что его исследовательская работа поможет объяснить невероятные результаты опытов с планариями и разгадать другие загадки. Почему, например, планарии легко могут отрастить хвост, а гидрактинии тяжело восстановить свою ножку? Один из вариантов объяснения состоит в том, что миграция клеток может регулироваться за счет симметрии тела (передняя и задняя или левая и правая стороны), которой обладают планарии и люди, но не гидрактинии.
Теоретически люди могут иметь скрытые регенеративные способности, не менее удивительные, чем у гидрактиний и плоских червей, как бы эти существа ни были далеки от человека. На базовом клеточном уровне между ними наблюдаются поразительные сходства. Возможно, исследуя их, мы тоже научимся восстанавливать утраченные или поврежденные части тела. "Спроса на выращивание новой головы у человека сейчас нет, - говорит Фрэнк, - но разве не здорово было бы уметь восстанавливать спинной мозг, больное сердце или почки, искалеченные руки и другие органы, которые мы можем потерять?".
А может, все не так уж невероятно, как нам кажется? И мы когда-нибудь сможем отращивать себе новые руки и ноги?
Исследования планарии показали, что это, может быть, не так уж невероятно, как было принято считать. Американский биолог Томас Хант Морган, которого называют отцом науки о регенерации тканей, еще в 1901 году проводил эксперименты с плоскими червями, демонстрируя их удивительную способность восстанавливать все тело из обрубка. Однако позже он забросил свои исследования, написав: "Нам никогда не понять явлений развития и регенерации".
Конечно, многие тайны процесса регенерации еще только предстоит раскрыть, но, по-видимому, крошечное существо, живущее в аквариуме голуэйской лаборатории, и ему подобные могут помочь нам разгадать, как устроен процесс восстановления частей тела, раньше чем мы думали.
