Keď dospelosť je životu nebezpečná  
Snaha prežiť a odovzdať svoje genetické posolstvo v štafete generácií ďalej je hlavným motorom evolúcie života na zemi. Tento motor poháňa rôzne organizmy po rôznych, často sa rozdvojujúcich vývojových cestách. Niektoré sú slepé a iné zas vedú k prekvapujúcim riešeniam problému ako prežiť. Známy mexický druh mloka je dôkazom, že dorásť do úplnej dospelosti vôbec nemusí byť výhodné. Vedci už desaťročia hľadajú spôsob ako podrobne preskúmať a pre ľudské zdravie využiť mechanizmy, ktoré telo malého obojživelníka obdarili neuveriteľnými regeneračnými schopnosťami.

 

Zvětšit obrázek
Prírodné (klasické) sfarbenie axolotla

Axolotl mexický (Ambystoma mexicanum) je naozaj zvláštnym, bizarne vyzerajúcim druhom mloka. Jeho súčasným domovom je veľmi znečistená voda umelých kanálov v južnej časti Mexico city, kde je prakticky odsúdený na vyhynutie. Pôvodne žil v čistých vodách horských jazier Chalco a Xochimilco, južne od pôvodného aztéckeho Tenochtitlanu. Prvé z jazier už neexistuje vôbec a z druhého je dnes už len spomínaná sústava kanálov hadiacich sa časťou obrovského mesta s asi 9 miliónovou populáciou ľudí. V „prírode“ to má tento živočích už jednoducho zrátané.


Napriek tomu prežije. Pre svoj „pôvabný“ vzhľad s charakteristickou rozvetvenou štruktúrou vonkajších kríčkovitých žiabrí okolo hlavy a akoby naivným širokým „úsmevom“, ale najmä preto, že nie je problém s jeho umelým chovom, je axolotl veľmi príťažlivý pre akvaristov, ktorých omrzeli rybičky. No veľmi početný je aj v chovných nádržiach vedeckých laboratórií. Za záujem vedcov však axolotl platí privysokú daň, pretože jeho telo má priam neuveriteľnú regeneračnú schopnosť, ktorá je predmetom výskumu už desaťročia a stále nie je jej tajomstvo úplne odhalené. A pritom motivácia je veľká – napríklad len Americké ministerstvo obrany v súčasnosti uvoľnilo 6,25 miliónov dolárov na výskumný grant, v nádeji, že axolotl poskytne poznanie, ktoré by mohlo pomôcť aj vojnovým invalidom, ktorí sa zmrzačení, bez ruky, či nohy vrátili z vojny v Iraku a v Afganistane. Je viac ako tisíc...

Zvětšit obrázek
Mutácie axolotla mexického (Ambystoma mexicanum) s rôznou pigmentáciou tela. Najmä albinické a leucistické variety sú výsledkom cieleného umelého chovu, pretože sú na trhu žiadanejšie.
Kredit: Aqua-pets

 

Na rozdiel od človeka axolotl prípadnú stratu končatiny nielen oveľa ľahšie prežije, ale o pár mesiacov mu narastie nová, rovnako funkčná. Takúto schopnosť obnovovať poškodené časti tela si tento zvláštny obojživelník zachováva po celý svoj život. Dokáže zregenerovať nielen končatiny, ale aj črevo, či menej dôležité časti mozgu a chvost aj s časťou miechy. Navyše bez problémov si privlastní a sfunkční aj transplantované orgány, napríklad časť mozgu, alebo oko. Je pochopiteľné, že tieto schopnosti sú pre vedu vzrušujúcim rébusom.


Tí, čo axolotla chovajú vedia, že čiastočnou odpoveďou na hádanku je neoténia – jeho telo zotrvá po celý život v štádiu larvy, ale zároveň pohlavne dospeje a je schopný sa rozmnožovať. Jednoducho vývojovo „zamrzne“ tesne pred poslednou fázou metamorfózy v dospelého jedinca. U axolotla táto záverečná premena doslova zhavaruje. Na svedomí to má narušená produkcia hormónu tyreotropínu, ktorý u ľudí produkuje hypofýza a ktorý u nás stimuluje rast a množenie buniek štítnej žľazy. U axolotlov podobný hormón reguluje telesné dospievanie. Ak ho dodáme stravou, či injekciami, môžeme z neotenického mloka „vyrobiť“ dospelého jedinca, ale v podstate mu tým ublížime. Získame síce „klasicky“ vyzerajúceho mloka, ktorý opustí vodu a vylezie na súš, ale zároveň skrátime jeho život na jednu tretinu (z asi 15tich rokov na 5) a oberieme ho o dokonalú regeneračnú schopnosť.

Zvětšit obrázek
Axolotla je možné donútiť pomocou hormónov (tyreotropínu a tyroxínu) dospieť. Stáva sa z neho dospelý mlok, ktorý vylezie z vody na breh. Žije však kratšie a obdivuhodné regeneračné schopnosti stráca.

 

Axolotl sa dokáže „zrekonštruovať“ najmä vďaka tomu, že je stále larvou schopnou zreprodukovať časť svojho embryonálneho vývoja. To až tak výnimočné nie je. Žubrienky (pulce) žiab majú tiež vyššiu obnovovaciu schopnosť, než ich rodičia. Dokonca aj cicavčie embryá sú schopné regenerácie zárodkov končatín. Táto vlastnosť sa však u nich stráca ešte pred narodením. Axolotl si ju zachováva po celý život a vedci dúfajú, že sa im podarí do detailov nielen pochopiť celý mechanizmus, ale ho (možno) naštartovať aj u ľudí. Dnes to zatiaľ znie ako námet zo sci-fi románu.


Ak axolotl o končatinu príde, ako obnovujúca sa časť "vie", koľko chýba, čo a ako je potrebné nahradiť? Prečo koža na konci kýpťa len nepokryje ranu podobne, ako sa to deje u človeka? Ako si tkanivo axolotla po celý život uchová embryonálnu schopnosť vytvoriť od začiatku kompletnú končatinu a to aj opakovane? To sú otázky, na ktoré biológovia hľadajú čo najpodrobnejšie odpovede.

Zvětšit obrázek
Albinická forma axolotla
Kredit: KimmyM

 

Keď mlokovi končatinu amputujú, krvné cievy na konci kýpťa sa rýchlo uzavrú, čím sa zastaví krvácanie. Zranené miesto zakrátko pokryje vrstva kožných buniek, ktorá sa v priebehu niekoľkých dní zmení na vrstvu signálnych buniek – koncový epitelový uzáver. Pre úspešnú regeneráciu je nevyhnutný. Z medzibunkového väzivového tkaniva sa uvoľnia samostatné bunky – fibroblasty, ktoré putujú naprieč miestom amputácie do stredu rany. Tu sa začnú množiť a vytvoria blastém, zhluk buniek, ktoré sa podobajú kmeňovým bunkám. Z nich sa začnú vyvíjať všetky štruktúry novej končatiny. Blastém bežne poznáme z embryonálneho vývoja. Je to zárodočný list, čiže zárodočné nediferencované tkanivo, z ktorého sa diferencujú rôzne bunky rôznych tkanív a vytvára sa zárodok. Schopnosť vytvárať blastém na mieste poranenia počas celého života je pre niektoré druhy obojživelníkov a rýb unikátna.

 

Zvětšit obrázek
Profesorka Elly Tanaka, Zentrum für Regenerative Therapien Dresden

Takže bunky blastému na mieste amputácie a bunky z ktorých u embrya vzniká končatina sú u axolotla rovnocenné. Regeneráciou tak len opakuje časť embryonálneho vývoja. To nedokáže telo žiadneho dospelého stavovca (obratlovce). To však nedokáže ani axolotl, ak nešťastnou náhodou prejde metamorfózou do formy dospelého mloka.


V tejto súvislosti je možno zaujímavý poznatok vedcov z významného výskumného pracoviska, washingtonského Carnegieho vedeckého ústavu (Carnegie Institution for Science). Zistili, že naše telo v embryonálnom vývoji na tvorbu svalového tkaniva využíva gény, ktoré neskôr vypína. Do procesu regenerácie úrazmi, či presilením poškodených svalov sa v dospelosti už zapájajú gény iné. Čiže embryonálny program na tvorbu svalového tkaniva už nikdy viac po narodení nevyužijeme. Možno to platí aj pre iné tkanivá a axolotl len dokáže to, čo my nie – opakovane a po celý život využívať ten istý genetický program, podľa ktorého sa z oplodneného vajíčka vyvinul.

Zvětšit obrázek
Axolotl bez prirodzenej pigmentácie s vmanipulovaným génom pre zelený fluorescenčný proteín.
Kredit: N. Piekarski

 

Vystopovať procesy regenerácie mločieho tela až po základnú úroveň génovej expresie bude behom na dlhé trate. Axolotl má asi 10 krát rozsiahlejší genóm ako človek. To znamená asi 30 miliárd bázových párov (párov nukleotidov A-T, C-G) v každej bunke! Pre predstavu: vo forme napísaného jednoduchého plynulého textu bez medzier, v ktorom každé písmeno predstavuje jednu bázu, by axolotlov genóm zaplnil 50 tisíc kníh, pričom každá by mala 300 obojstranne popísaných strán! V súčasnosti sa vedci snažia prečítať túto dlhú postupnosť, čo ale neznamená, že budú hneď presne vedieť koľko je v nej funkčných génov a čo kódujú. Sledovať ich aktivitu a proces regenerácie umožňuje aj úspešná genetická modifikácia, ktorú „spáchala“ Elly Tanaková (Elly Tanaka) z Centra pre regeneračné terapie v Drážďanoch. Jej tímu sa podarilo do embryonálnych buniek axolotla vložiť krátky gén pre produkciu zeleného fluoreskujúceho proteínu. Pretože si vybrali jedinca, ktorému chýba prirodzená pigmentácia pokožky, môžu tvorbu príslušných proteínov, ich migráciu a ďalšie deje sledovať doslova zaživa, cez jeho priesvitnú pokožku (viď. video 1).

 

Video 1 – o obdivuhodných regeneračných schopnostiach axolotla a ich výskume




Video 2 – ako sa regeneruje končatina axolotla po jej amputácii




Video 3 – keď samec axolotla presviedča samicu o potrebe preniesť svoj genóm do ďalších generácií





Zdroje:  stránka msnbc , Center for Regenerative Therapies ,   Scientific American , Carnegie Institution for Science , Wikipedia

Autor: Dagmar Gregorová
Datum: 26.06.2009 15:59
Tisk článku

Evoluce - Cheshire Gerard
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 99 Kč
cena: 93 Kč
Evoluce
Cheshire Gerard

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni