Ogromny genom małego płaza może skrywać sekret regeneracji narządów

Ambystoma meksykańska, dzięki swoim niezwykłym zdolnościom do regeneracji, stała się obiektem intensywnych badań. Gatunek ten potrafi odtworzyć całe utracone kończyny, oczy a nawet fragmenty serca. Naukowcom udało się zidentyfikować dwa geny odpowiedzialne za regenerację tych zwierząt. Celem uczonych jest poznanie mechanizmów odpowiedzialnych za zdumiewające zdolności regeneracyjnych tych małych płazów i zastosowanie ich u ludzi.

Ambystoma meksykańska znana również salamandrą meksykańską, posiada zdolność do regeneracji niemal każdej części ciała. Nie stanowi dla niej problemu utrata kończyny, oka, części serca czy nawet fragmentu mózgu. Narządy i kończyny odrastają.

– Płazy te regenerują prawie wszystko po niemal każdym urazie, który ich nie zabije – powiedział Parker Flowers, biolog molekularny z Uniwersytetu Yale.

Sekret regeneracji

Zdolność regeneracji salamandry meksykańskiej intryguje naukowców od lat. W badaniach opublikowanych przez pismo „eLife”, Flowers oraz oraz jego współpracownicy przeanalizowani genetyczne podstawy cudownej umiejętności tych zwierząt. Badacze próbowali odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób płazy mogą regenerować różne części swojego ciała i czy podobne procesy można uruchomić u ludzi?

Zrozumienie mechanizmów dających tym zwierzętom ich zdumiewające zdolności, mogłoby radykalnie odmienić oblicze medycyny, doprowadzając do opracowania sposobów na regenerację utraconych kończyn a nawet narządów.

Zadanie utrudnia ogromna złożoność genetyczna tych płazów. Ich genom został po raz pierwszy zsekwencjonowany w 2018 roku, pokazując swój ogrom. Ambystoma meksykańska ma największy z dotychczas zsekwencjonowanych genomów – około 10 razy większy niż genom ludzi, co stanowi ogromne trudności dla analiz. Ma również wiele powtarzających się sekwencji, przez co jego badanie jest dodatkowo utrudnione.

Pierwotne sekwencjonowanie nie ujawniło, jak różne części genomu dopasowały się do siebie. Poszczególne odcinki DNA zostały poznane, ale sposób ich interakcji z sąsiadami pozostał tajemnicą.

Identyfikacja genów zaangażowanych w regenerację

Pojawienie się nowych technologii sekwencjonowania i technologii edycji genów pozwoliło naukowcom stworzyć listę zawierającą setki genów, które prawdopodobnie są odpowiedzialne za niesamowite zdolności do regeneracji. Jednak rozmiar genomu utrudnił zbadanie funkcji tych genów.

Pomimo przedstawionych wyzwań, w ubiegłym roku naukowcy znaleźli sposób na dobranie się do sekretów małego płaza. Zespół Flowersa zidentyfikował co najmniej dwa geny zaangażowane w regenerację.

– Jeszcze kilka lat temu nikt nie pomyślałby, że możliwe jest skompletowanie genomu o wielkości ponad 30 GB – powiedział Jeramiah Smith z University of Kentucky, jeden z członków zespołu.

Naukowcy zastosowali techniki edycji genów do stworzenia markerów, które śledzą geny podejrzewane o udział w regeneracji kończyn. Uczeni skupili się na 25 genach, które ich zdaniem są zaangażowane w ten proces.

Udało się w ten sposób zidentyfikować dwa geny w blastemie – masie komórek zdolnych do wzrostu i regeneracji tkanek, które tworzą się w miejscu utraconej kończyny i wydają się być także zaangażowane w odrastania ogona tych płazów.

Nowatorska platforma

– Udostępniamy nową platformę badań przesiewowych, która dzięki ukierunkowanej mutagenezie i śledzeniu markerów, identyfikuje nowe regulatory regeneracji. Stosując to podejście, stwierdzamy, że katalaza i fetuina-b są wymagane, aby komórki uczestniczyły w regeneracji kończyn i prawidłowej regeneracji ogona – napisali autorzy w publikacji.

Badania są na wczesnym etapie i sami ich autorzy stwierdzili, że prawdopodobnie o wiele więcej genów jest zaangażowanych w regenerację. Mimo to jest to obiecująca droga dla przyszłych badań, które pewnego dnia mogą umożliwić ludziom korzystanie z imponujących sztuczek stosowanych przez ambystomy meksykańskie.