Отрастание конечностей, как у аксолотля: скоро ли это станет реальностью для человека?
Американские ученые выяснили, как аксолотль регенерирует конечности в нужном месте. Ключ к этому лежит в сигнальной молекуле, которая есть и у человека.
Со своей характерной улыбкой и розовыми жабрами аксолотлы являются звездами мира саламандр. Но они гораздо больше, чем просто милые создания. Они могут обладать секретом отрастания конечностей у людей.
Аксолотль, принадлежащий к ряду бесхвостых земноводных, обитает в естественных условиях в водах Мексики. Поскольку этот «вечный головастик» должен делить свою среду обитания с многочисленными хищниками, природа наделила его сверхспособностью: отращивать части своего тела всего за два месяца.
Эта необыкновенная способность давно известна биологам. Эти бесхвосты не только могут выращивать целые конечности, но и восстанавливать органы.
Американские ученые под руководством профессора Джеймса Монагана принялись разгадать тайну чрезвычайной способности аксолотлов. Первым решающим шагом стало открытие механизма, лежащего в основе регенерации. Если ученым удастся развить эту способность, в будущем она может оказаться полезной и для людей.
«Это может способствовать заживлению без образования рубцов, а также отрастанию целого пальца», - объясняет профессор Монаган. «Не исключено, что может отрасти и что-то большее, например, рука.»
Установлен основной элемент и запускной механизм
В течение 200 лет ученых интересует один вопрос: как аксолотль знает, какая часть тела должна отрасти? Когда он теряет кисть, как он знает, что отрастет только кисть, а не вся передняя концовка?
Эта способность, очевидно, тесно связана с так называемой позиционной памятью. Молекула под названием ретиноевая кислота, кажется, также участвует в этом процессе, отвечая за то, что клетки аксолотля точно знают, где они находятся и какая часть тела должна отрастать. Молекула действует как сигнал для регенерируемых клеток, указывая им, что и в каком количестве они должны отрастить.
Преимущество состоит в том, что ретиноевая кислота присутствует не только в аксолотле, но и у человека. Молекула естественным образом существует у беспозвоночных, а мы, люди, в основном получаем ее с едой или лекарством. Кроме того, ретиноевая кислота, кажется, не распределяется равномерно в аксолотле. Исследования показали, что, например, в плечах количество ретиноевой кислоты выше, чем в руках.
«Клетки могут интерпретировать этот показатель, говоря себе: «Я нахожусь в локте, поэтому я отрощу руку» или «Я нахожусь в плече. У меня высокое содержание ретиноевой кислоты, поэтому я буду отращивать всю концовку», – объяснил Монаган.
От аксолотля до Франкенштейна
Чтобы проверить это открытие, профессор испытал пределы возможного, по его собственным словам, в стиле Франкенштейна. Добавив больше ретиноевой кислоты в руки аксолотля, пресмыкающийся вырастил две руки вместо одной. Таким образом, он подтвердил свою теорию и определяющую роль ретиноевой кислоты в отрастании частей тела.
Теперь исследователи хотят перенести эти открытия на человека. Но в отличие от тела аксолотля, где сигналы постоянно обмениваются между биологическими элементами, клетки человеческого тела реагируют не так же.
Когда мы травмируем руку, наши клетки откладывают коллаген и образуют рубец. В аксолотле клетки реагируют на ретиноевую кислоту и отращивают не только кожную ткань, но и целую часть тела с костями, мышцами и сухожилиями.
«Если мы найдем способ заставить наши регенеративные клетки реагировать на эти сигналы, то они сделают все остальное», - заявил профессор Монаган. "Наши клетки уже знают, как создать часть тела, поскольку они уже делали это во время развития".
Прежде чем у человека смогут отрасти новые конечности, еще многое нужно изучить. Следующим шагом является понимание процессов в самих клетках и уяснение, на что влияет ретиноевая кислота.
Аксолотль помогает бороться с микробами и раком
Немецкие ученые из Ганноверской медицинской школы нашли другое полезное вещество не в, а на коже аксолотля. Это антимикробные пептиды, являющиеся частью врожденной иммунной системы и борющиеся не только с опасными микробами, но и с опухолевыми клетками.
Эта способность делает беспозвоночных еще более интересными ввиду растущей резистентности бактерий к антибиотикам. В своем исследовании ученые под руководством доктора Сары Штраус доказали, что кожная слизь их аксолотлов, живущих в лаборатории, особенно эффективна в долгосрочной перспективе. Таким образом, по мнению ученых, они обладают широким спектром действия и, в то же время, патогенам будет сложнее развить резистентность.
Чтобы получить вязкое вещество, аксолотлов осторожно массировали стерильными перчатками, а произведенную слизь собирали с перчаток – все это в соответствии с директивами по защите животных.
Из тысяч полученных пептидов были отобраны 22 потенциально эффективных кандидата, которые затем были искусственно синтезированы – трудоемкий и дорогостоящий, но спасательный процесс.
Затем в лаборатории исследователи определили механизм действия пептидов. Они содержат частично гидрофобные аминокислоты с положительным зарядом, связывающиеся с клеточной стенкой бактерий. Они образуют небольшие отверстия или проникают в клетку и связываются с молекулами. Оба процесса повреждают клетку и приводят к ее гибели – также у грибков и вирусов. Благодаря этим открытиям в будущем ученые смогут производить лекарства с подобным действием и оставить аксолотлов спокойно плавать.