211service.com
En plan for at regenerere lemmer
På sin egen måde er axolotl-salamanderen et mægtigt udyr. Skær dens ben af, og det gællede væsen vil vokse et nyt. Frys en del af dets hjerte, og orglet vil dannes på ny. Skær halvdelen af dens hjerne ud, og seks måneder senere vil en anden halvdel være spiret i stedet. Du kan gøre alt ved det, undtagen at dræbe det, og det vil regenerere, siger Gerald Pao, en postdoktor ved Salk Institute for Biological Studies, i La Jolla, CA.
Voksende lemmer: Axolotl-salamanderen er et af de eneste hvirveldyr, der kan vokse hele lemmer igen som voksen. Forskere sekventerer nu dele af dets usædvanligt store genom for at forstå det genetiske grundlag for denne evne.
Denne ekstraordinære regenereringskraft inspirerede Pao og hans samarbejdspartner Wei Zhu, også på Salk Institute, til at undersøge axolotl-salamanderens DNA. På trods af årtiers forskning i salamanderen er der kun lidt kendt om dens genom. Det begyndte at ændre sig sidste år, da Pao og hans samarbejdspartnere vandt en milliard basers værdi af gratis sekventering fra Roche Applied Science , baseret i Penzberg, Tyskland. Nu hvor dataene er på plads, kan forskerne endelig begynde jagten på det genetiske program, der forlener dyret med dets unikke egenskaber.
Mens alle dyr kan regenerere væv til en vis grad - vi kan for eksempel vokse muskler, knogler og nerver - er salamandere og salamandere de eneste hvirveldyr, der kan vokse hele organer og udskiftning af lemmer som voksne. Når et ben er tabt på grund af skade, begynder celler i nærheden af såret at dedifferentiere, og mister de specialiserede egenskaber, der gjorde dem til en muskelcelle eller knoglecelle. Disse celler replikerer derefter og danner en lemknop eller blastema, som fortsætter med at vokse en lem på samme måde, som den dannes under normal udvikling.
Forskere har identificeret nogle af de molekylære signaler, der spiller en nøglerolle i processen, men den genetiske plan, der ligger til grund for regenerering, er stadig ukendt. Forskere håber, at de ved at afsløre disse molekylære tricks i sidste ende kan anvende dem på mennesker for at genskabe beskadiget hjerte- eller hjernevæv og måske endda dyrke nye lemmer.
For hurtigt at identificere dele af salamanderens genom, der er involveret i regenerering, sekventerede forskerne gener, der var mest udtrykt under dannelse af lemmerknopper og vækst. De fandt ud af, at mindst 10.000 gener blev transskriberet under regenerering. Cirka 9.000 af dem ser ud til at have relaterede menneskelige versioner, men der ser ud til at være et par tusinde flere, der ikke ligner kendte gener. Vi tror, at mange af dem er gener, der har udviklet sig unikt i salamandere for at hjælpe med denne proces, siger Randal Voss , en biolog ved University of Kentucky, som arbejder på projektet.
Forskerne planlægger nu at lave en genchip designet til at detektere niveauer af nogle af disse kandidatgener, så forskerne kan bestemme præcist, på hvilket tidspunkt under regenereringsprocessen generne tændes. Holdet udvikler også molekylære værktøjer, der giver dem mulighed for at dæmpe specifikke gener, hvilket vil gøre dem i stand til at udpege dem, der er afgørende for korrekt genvækst.
Forskere sekventerede også tilfældige bidder af salamander-genomet. Med omkring 30 milliarder baser og 10 gange størrelsen af det menneskelige genom er det en af de største blandt hvirveldyr. De fleste videnskabsmænd forventede, at det ekstra DNA ville bestå af junk-DNA, lange strækninger af baser mellem gener. Men de første resultater var overraskende. Gener er i gennemsnit 5 til 10 gange større end hos andre hvirveldyr, siger Voss. Den region af genomet, der indeholder gener, estimeres til at være mere end to gigabaser, hvilket er lige så stort som nogle hele genomer.
De ekstra DNA-sekvenser sidder i generne og skæres ud under oversættelsen fra gen til protein. Meget af dette DNA omfatter gentagne sekvenser, som ikke er fundet i nogen andre organismer til dato, siger Pao. Det er dog endnu ikke klart, om disse gentagne strækninger hjælper med at lette regenerering eller spiller en anden rolle i salamanderens livscyklus.
Et af de centrale spørgsmål, der endnu ikke skal besvares, er, om salamanderen har unikke genetiske egenskaber, der muliggør regenerering, eller om alle dyr har den medfødte evne. Hvis vi kommer op med et helt unikt gen, der kun er til stede i axolotl, ville det gøre det virkelig svært at replikere, siger David Gardiner , en biolog ved University of California, Irvine, som også samarbejder om projektet. Han foretrækker at tro, at regenerering kommer fra en grundlæggende evne, der ligger i dvale hos pattedyr, som kunne vækkes igen med en simpel genetisk tilskyndelse. Det meste af vævet i vores arm regenererer; det er bare armen, der ikke regenererer, siger han. Det, der mangler, er, hvordan du koordinerer et svar for at få en integreret struktur.