Многие низшие организмы сохраняют чудесную способность регенерировать формы и функции практически любой ткани после травмы. Люди разделяют много генов с этими организмами, но наша способность регенерировать весьма ограничена. Ученые из биологической лаборатории MDI в Бар-Харбор, штат Мэн, изучают генетику этих организмов, чтобы выяснить, какие регенеративные механизмы могут быть активированы в организме человека.
Способность животных регенерировать части тела удивляла ученых со времен Аристотеля. Но до появления сложных инструментов генетического и компьютерного анализа, ученые не имели возможности изучать генетический механизм, который активирует регенерацию. Используя такие инструменты, ученые из MDI выявили генетические регуляторы, управляющие регенерацией, общие для многих видов.
В работе, опубликованной в журнале PLOS ONE, ученые биологической лаборатории MDI Бенджамин Кинг и Вут Инь определили общие генетические регуляторы у трех регенерирующих видов: данио, распространенной аквариумной рыбки родом из Индии; аксолотля, саламандры родом из мексиканских озер; и многопёровых рыб из Африки.
Открытие генетических механизмов, общих для всех этих трех видов, которые разошлись на эволюционном древе около 420 миллионов лет назад, показывает, что эти механизмы не являются специфическими для отдельных видов, но сохранились в природе в процессе эволюции.
«Мы не ожидали, что паттерны экспрессии генов будут сильно отличаться у этих трех видов, но было удивительно наблюдать, что они были практически одними и теми же», говорит Кинг об открытии.
Открытие общих генетических регуляторов, как ожидается, послужит в качестве платформы для информирования новых гипотез о генетических механизмах, лежащих в основе регенерации конечностей. Это открытие также представляет собой важный шаг в перед в понимании того, почему многие ткани в организме человека, включая ткани конечности, плохо восстанавливаются — и, возможно, этими механизмами можно манипулировать с помощью препаратов.
«Регенерация конечностей у людей может казаться научной фантастикой, но она в пределах достижимого, — говорит Инь. — То, что мы идентифицировали генетическую сигнатуру регенерации конечностей у трех разных видов с тремя различными типами придатков, предполагает, что природа заложила общую генетическую инструкцию, регулирующую регенерацию, и она может быть общей для всех форм жизни животных, включая человека».
В частности, ученые исследовали образование массы клеток — бластемы — которое служит резервуаром для регенерации тканей. Образование бластемы является первым важным шагом в процессе регенерации. Используя технологию генетического секвенирования, Кинг и Инь идентифицировали общий набор генов, которые управляются общей сетью генетических регуляторов микроРНК.
Это исследование также может иметь важное значение для излечения ран, поскольку оно, как правило, требует замены потерянных или поврежденных тканей, но включает похожие генетические механизмы. Если глубоко понять эти механизмы, можно разработать методы лечения для ускорения лечения ран, уменьшения болевых ощущений, снижения риска заражения и более быстрого восстановления пациентов.
Другое возможное применение лежит в области разработки сложных протезов. Когда конечность ампутируется, могут быть повреждены нервы на месте ампутации. Восстановление и регенерация этих нервов может теоретически позволить разработку более сложных протезов, которые будут связаны с этими нервами и обеспечат более качественный контроль конечности.
Хорошо, ускоренное ранозаживление и улучшенные протезы могут быть созданы уже скоро. Но как быть со способностью отращивать новые конечности? Сколько уйдет времени на изучение этого процесса с возможным практическим результатом? Все зависит от финансирования, говорит Инь. Он полагает, что такие исследования продвигаются быстро, если их поддерживать. К сожалению, говорит он, мы переживаем период, когда финансирование научных исследований значительно сокращается.
