در دنیای دوزیستان، axolotl پادشاه قطعات جایگزین است.
این سمندر مکزیکی در معرض خطر انقراض به عنوان ذخیره NAPA خود برای اعضای از دست رفته بدن عمل می کند، قادر به بازسازی کامل اندام ها، دم، قلب، ستون فقرات و چشم ها است - و آن را به مدلی از کنجکاوی برای زیست شناسان بازسازی کننده تبدیل می کند.
بیشتر تمرکز علمی تا به امروز بر روی بلاستما آموزش داده شده است، خوشه قابل توجهی از سلول ها که در پایه اندام قطع شده یا بافت آسیب دیده تشکیل می شود و روش عملی برای بازسازی است. این به نوعی سمفونی از دستورالعمل‌ها را برای رشد مجدد ماهیچه، غضروف، استخوان، رگ‌های خونی، پوست هماهنگ می‌کند - همه در مکان و زمان مناسب برای ایجاد یک اندام خوب به عنوان جدید.
اما دانشمندان مؤسسه تحقیقاتی مورگریج، تیم زیست شناسی بازساختی، توجه خود را به منشا جنینی آکسولوتل معطوف کردند تا سرنخ های جدیدی در مورد مهارت های نادر این موجودات پیدا کنند. در کاری که در تابستان 2016 در مجله Developmental Biology منتشر شد، محققان 17 مرحله مختلف رشد جنین axolotl را بررسی کردند و یک سری انفجارهای بسیار غیرمعمول در تغییرات بیان ژن و به دنبال آن دوره‌های پایدار پیدا کردند که در زیست‌شناسی تکاملی منحصربه‌فرد است.
این "امواج و فرورفتگی" تغییرات ژنتیکی سه بار ظاهر می شوند: هنگامی که ژنوم برای اولین بار فعال می شود، در طول تشکیل روده اولیه و در طول تشکیل سیستم عصبی. این الگو برای مقایسه با بانک اطلاعات موجود در مورد بازسازی اندام بالغ axolotl، سه هدف داغ را در اختیار دانشمندان قرار می دهد.
کانال کردن یک مسیر اولیه
جفری نلسون، محقق فوق دکتری مورگریج و نویسنده اصلی با زیست‌شناس محاسباتی پنگ جیانگ، می‌گوید: «دلایلی داریم که باور کنیم آنچه در فرآیند بازسازی اندام بزرگسالان اتفاق می‌افتد، بسیار شبیه به توسعه اولیه آکسولوتل است.به یک معنا، حیوان بالغ ممکن است برخی از مسیرهای اولیه را دوباره فعال کند تا تشکیل اندام را تحریک کند.
"آیا می توانیم شباهت هایی را در بیان ژن در این مرحله اولیه و در انواع سلول های توسعه یافته در بلاستما پیدا کنیم؟" او درخواست کرد. "این مسیر اصلی در استفاده از این داده ها است."
Jiang می گوید این پروژه همچنین از این نظر منحصر به فرد است که توسعه اولیه axolotl به ندرت مورد مطالعه قرار می گیرد. از آنجایی که آکسولوتل دارای چنین ژنوم عظیمی است، هرگز به طور کامل توالی یابی نشده است - برخلاف قورباغه که مدل اصلی رشد جنین دوزیستان است.
"برخلاف گونه های مدل دیگر، axolotl مانند یک لوح خالی است،" جیانگ می گوید. "ما تصویر کامل نداریم، فقط عکس های فوری در نقاط مختلف توسعه."
این کار شامل آزمایش‌هایی بود که به تیم اجازه دادند تا رشته‌هایی از رونوشت axolotl - مولکول‌های RNA پیام‌رسان بیان شده در ارگانیسم - را کنار هم بچینند و آنها را با رونوشت‌های شناخته شده در قورباغه‌ها و انسان‌ها مقایسه کنند.این گروه را قادر ساخت تا این رونوشت های شکسته را با عملکرد ژنتیکی خود هماهنگ کنند. پنگ بیشتر کار مقایسه ای را با همکاری پروفسور کالین دیویی آمار زیستی UW-Madison انجام داد.
پس از "دستور العمل" بازسازی
گروه به دنبال یک سوال اساسی هستند: وقتی اندام در حال بازسازی است، چه ژن هایی در آن فرآیند نقش دارند؟ و در تعریف بهتر این فرآیند، آیا می‌توان «دستور العمل‌هایی» از انواعی داشت که بتوان در گونه‌های دیگر تکرار یا اصلاح کرد؟
نلسون می گوید: "هدف نهایی درک مسیرها و مولکول های دخیل در توانایی های بازسازی این ارگانیسم است." سپس می‌توانیم بپرسیم: آیا یک موش مسیرهای مشابهی دارد و آیا می‌تواند توانایی‌های خفته‌ای را که احتمالاً در ژنومش نهفته است، دوباره فعال کند؟»
این سوال دور از ذهنی نیست. بازسازی یک پیشنهاد یا می توانی یا نمی توانی نیست. قورباغه‌ها، موش‌ها و بسیاری از گونه‌های دیگر توانایی‌های احیاکننده دارند، اما در سطح پیچیدگی axolotl نیستند.
برای مثال، نلسون می گوید که قورباغه ها می توانند اندام ها را تا حدی بازسازی کنند، اما اندام ها تا نقطه ای سوزن مانند رشد می کنند و نمی توانند ارقام را متمایز کنند. موش‌ها نیز می‌توانند نوک انگشتان خود را از بستر ناخن بازسازی کنند، اما نه از نزدیک‌تر به بدن.
او می‌گوید: «سرنخ‌های ظریفی وجود دارد که نشان می‌دهد این توانایی‌ها در موجودات دیگر وجود دارد، اما به دلایلی نمی‌توانند همان بازسازی آکسولوتل را انجام دهند.»
در مورد انسان ها چطور؟
پس چه چیزی برای انسان کم است؟ بدیهی است که انسان برخی از انواع سلول‌ها را به خوبی بازسازی می‌کند، مانند سلول‌های پوست، ماهیچه و کبد، اما تقریباً اصلاً در سلول‌های سیستم عصبی یا با هر سیستم بافتی پیچیده‌ای بازسازی نمی‌شود. نلسون می‌گوید آکسولوتل‌ها به‌ویژه در بازسازی سیستم عصبی خوب هستند، که به نظر می‌رسد نقش اصلی را در کل فرآیند بازسازی اندام ایفا می‌کند.
در نهایت، جذاب ترین سوال این است که آیا علم می تواند چیزی از axolotl بیاموزد که می تواند به پزشکی احیا کننده انسان ترجمه شود.در حالی که هنوز یک چشم انداز دور است، دلیل اصلی تمرکز تحقیقات آکسولوتل بر زیست شناسی احیا کننده مورگریج است که توسط پیشگام سلول های بنیادی جیمز تامسون هدایت می شود.
"واقعاً جالب است که در زمینه آزمایشگاه تامسون و در کل محیط سلول های بنیادی قرار بگیریم و درک کنیم که چگونه این axolotl ممکن است از همان مسیرهایی استفاده کند که در موجودات دیگر - و احتمالاً افراد وجود دارد." نلسون می گوید.
