Тварина, яка здатна заново відростити голову

Чи може мешканець морських глибин, що має надзвичайні регенеративні здібності, поділитися ними з людьми?

У лабораторії Голвейського університету (Ірландія) стоїть акваріум, у якому - дивовижні істоти: на синіх ніжках, немов льодяники на паличках, примостилися морські мушлі, вкриті дивовижним "живим волоссям", що злегка погойдується у морській воді.

Цю колонію крихітних морських поліпів, яких називають гідрактиніями (hydractinia), зібрали з панцирів раків-пустельників біля ірландських прибережних скель. Незвичайні створіння – родичі медуз, коралів та морських анемонів.

Кожен з них розміром не більше дитячої вії і зблизька нагадує деревце на ніжці, зі стовбурцем і головою, вкритою щупальцями, за допомогою яких воно ловить рештки тварин і рослин, що пропливають повз.

А ще ці тварини наділені надприродною здатністю: коли якась зубаста риба відкушує волохатій гідрактинії голову (а це буває часто), то на її місці відростає нова і за тиждень вже красується новими щупальцями.

Цей їхній талант і привернув увагу Урі Френка та його колег з Інституту регенеративної медицини (REMEDI) в ірландському Голвеї. Френк стверджує, що здатність до регенерації тканин, яка зустрічається в організмів, подібних до гідрактинії, можливо, здавна була властива більшості тварин, у тому числі людині, просто зараз вона не проявляється.

І вчених, що поділяють цю думку, стає дедалі більше.

Тож як гідрактинія відновлює втрачені частини тіла? І чи не тут криється ключ до можливості регенерації тканин у людині?

Відновлювати частини тіла можуть багато тварин - від морської зірки до саламандри.

Але примітивні поліпи виділяються на їхньому тлі своїми дійсно надзвичайними здібностями.

Перегрупування стовбурових клітин

Регенеративний талант гідрактинії базується на тому, що вона зберігає свої ембріональні стовбурові клітини протягом усього життя. Це означає, що на місці втраченого органу не просто утворюється струп і шрам, а виростає цілком нова частина тіла, як у зародка, - навіть голова.

На одній з біологічних конференцій Френк продемонстрував відео відновлення голови у гідрактинії: ембріональні стовбурові клітини, генетично модифіковані таким чином, щоб світитися зеленим, рухаються до шиї безголового поліпа.

Аудиторія була в захваті. Як написав у "твіттері" один з учених: "Урі Френк показав на відео, як стовбурові клітини гідрактинії фізично переміщаються у бік голови (ушкодженого місця). Клас!"

Після запису відео вчені в Голвеї намагалися зрозуміти, яким чином гідрактинія відновлює своє поранене тіло: наприклад, як до стовбурових клітин доходить інформація про втрату органу і звідки беруться ембріональні стовбурові клітини.

Вивчення гідрактинії наштовхнуло Френка та його колег на ще глибшу думку: чому відновлювати своє тіло можуть тільки деякі тварини, тоді як більшості це недоступно?

Саламандра може відростити новий хвіст, але її близькі родичі - жаби - не можуть відновлювати втрачені кінцівки.

І якщо крихітний морський поліп здатний відростити відкушену голову, чому люди не вміють відновлювати хоча б корінні зуби? Як каже Френк, зрештою, стовбурові клітини людини й гідрактинії не такі вже й різні.

Прадавній предок

Процеси в стовбурових клітинах сформувалися ще в сиву давнину, і в багатьох видів тварин вони подібні.

Наприклад, складна сигнальна система Wnt, яка відповідає за контроль над стовбуровими клітинами в ембріонів, а за його відсутності провокує ріст ракових клітин, практично однакова у всіх тварин, зокрема у гідрактинії та людини. Це одна з небагатьох складних систем стовбурових клітин, що залишились незмінними відтоді, як 600 мільйонів років тому гідрактинія відбрунькувалась від еволюційного дерева, яке у підсумку дало світу людину.

Протягом останніх десятиліть вчені почали розуміти, що стовбурові клітини первісно розвинулися в істоти, старшої за гідрактинію. Її м'яке тіло давно розчинилося на дні прадавніх морів.

Френк вважає, що, можливо, здатність до регенерації спочатку сформувалася у цієї досі невідомої істоти, і всі тварини, що з'явилися після неї, вже мали все необхідне для відновлення втрачених частин тіла, але в сучасному світі ця їхня здатність, переважно, ніяк не проявляється.

"Можливо, це не така вже й божевільна ідея. Системи стовбурових клітин - дуже складні, 600 мільйонів років може не вистачити для того, щоб розробити цей комплекс з нуля. Тому цілком імовірно, що система стовбурових клітин гідрактинії і людини успадкована від якогось спільного предка, - вважає Френк.- До речі, гідрактинія може заново відростити голову, а ми, хоч і нездатні зробити це у дорослому стані, у лоні матері саме цим і займаємося - формуємо свою голову. Можливо, людина з віком просто втрачає цю здатність, а гідрактинія – ні".

Ця теорія вкладається в результати дослідження, опубліковані 2013 року в британському науковому журналі Nature, про два різновиди стародавнього плоского хробака - планарії.

Ця тварина вже понад століття приваблює дослідників своїми дивовижними регенеративними здібностями. Планарію можна розрізати на дрібні шматочки, і деякі з них відновлять своє тіло навіть з найдрібнішої частки хвоста. Іншим потрібно зберегти більшу частину тіла, щоб заново виростити собі голову. Принаймні так вважали досі.

Науковці з Інституту Макса Планка (Німеччина) розглядали гіпотезу про те, що всі планарії мали однакові надприродні здібності до регенерації тканин, але на початковому етапі еволюції у деяких цей талант зник. Вчені мали рацію. Доволі проста операція з системою стовбурових клітин зародка дозволила зробити з особини, нездатної виростити голову з маленької частки хвоста, особину, наділену таким талантом.

Урі Френк сподівається, що його дослідницька робота допоможе пояснити неймовірні результати дослідів з планаріями і розгадати інші загадки. Чому, наприклад, планарії легко можуть відростити хвіст, а гідрактинії важко відновити свою ніжку?

Один з варіантів пояснення полягає в тому, що міграція клітин може регулюватися внаслідок симетрії тіла (передня і задня або ліва і права сторони), якою володіють планарії і люди, але не гідрактинії.

Теоретично люди можуть мати приховані регенеративні здібності, не менш дивовижні, ніж у гідрактиній і плоских червів, якими б далекими ці істоти не були від людини. На базовому клітинному рівні вони дуже схожі. Можливо, досліджуючи їх, ми також навчимося відновлювати втрачені чи пошкоджені частини тіла.

"Попиту на вирощування нової голови в людини зараз немає, - каже Френк, - але хіба не чудово було б вміти відновлювати спинний мозок, хворе серце чи нирки, скалічені руки та інші органи, які ми можемо втратити?"

Дослідження планарії показали, що це, можливо, не таке вже й неймовірно, як вважали. Американський біолог Томас Хант Морган, якого називають батьком науки про регенерацію тканин, ще в 1901 році проводив експерименти з плоскими червами, демонструючи їхню дивовижну здатність відновлювати все тіло з обрубка. Однак пізніше він припинив свої дослідження, написавши: "Нам ніколи не зрозуміти явищ розвитку та регенерації".

Звісно, багато таємниць регенерації ще тільки належить розкрити, але, мабуть, крихітна істота, що живе в акваріумі голвейської лабораторії, і подібні до неї можуть допомогти нам розгадати, як влаштоване відновлення частин тіла, раніше, ніж ми думали.