Žijí tam, kde se nemůže plazit každý certifikovaný biolog. Na hlavu staví naše představy o tom, jak by měl fungovat živý organismus. Dokážou věci, o kterých se nám může jen zdát. A my? Jsme žárliví. Jdeme za nimi do údolí, hlubin a bažin. Strávíme nejlepší roky svého života a rodinného dědictví hledáním jejich tajemství. Se záhadou šampiona v regeneraci mezi obratlovci se biologové potýkají už více než půldruhého století. Axolotlové jsou pomačkaní nahoru a dolů, ale z akvárií se na nás stále dívají se stejným odstupem a pravidelně jim rostou nové nohy, ruce a dokonce i oči. Čím se můžeme pochlubit?
I když jste axolotla nikdy neviděli, můžete ho snadno identifikovat. Jedná se o dlouhé a masité tělo s načechranými žábrami a flegmatickým vypoulenýma očima. S největší pravděpodobností se s ním setkáte v nějaké laboratoři, v zajetí fyziologů nebo embryologů.
Pokud se ocitnete v Japonsku, možná budete mít příležitost vyzkoušet to smažené – to proto, že axolotlové se v laboratoři dokonce příliš dobře množí.
A zdá se, že pravděpodobnost setkání s axolotlem na talíři je již nyní vyšší než ve volné přírodě – jeho přirozené prostředí je omezeno na mexické jezero Xochimilco v jižní části Mexico City a podle vědců se stává menší a menší.
Za mizení axolotlů z přírody může znečištění plasty a dravé ryby. A co tato vzácná zvířata zachraňuje, je jejich výjimečná schopnost obnovovat části vlastního těla. Končetiny, kůže, čočka, části mozku – ať už z axolotla odříznete cokoliv, vše doroste zpět, bez jizev a rozdílů od originálu. Přidáme-li k tomu snadnou údržbu a aktivní rozmnožování, je jasné, proč se axolotl stal oblíbenou hračkou embryologů – jde o vzácnou šanci pozorovat embryonální vývoj jednotlivých částí těla na dospělém a velkém předmětu.
Maslov Dmitry / Photohouse / Shutterstock
Věda zná i další odborníky v oblasti regenerace, jako jsou pulci nebo čolci. Axolotl se však od obou liší. On je neotenická larva, tedy takový, který je schopen reprodukce, aniž by se změnil v dospělého. Neroste ani se nevyvíjí, uvízla ve fázi dětství. Několik druhů mloků má takové larvy, takže přísně vzato, axolotl není jeden druh, ale několik. Ale obvykle, když je zmíněn, mají na mysli larvu konkrétního mloka, mexického Ambystoma.
Stále není jasné, proč přesně se mlok přestává vyvíjet. Existuje hypotéza, že je to způsobeno nepříznivými podmínkami prostředí – larva se snadněji živí než dospělý živočich. Možná je to také kvůli nedostatku jódu ve vodě. Axolotly neprodukují hormony štítné žlázy obsahující jód v množství potřebném ke spuštění metamorfózy. Je známo, že je možné transplantovat část cizí štítné žlázy do axolotlu, který syntetizuje potřebné hormony, a tím ji donutit dozrát. Stále však nevíme, jaké přesné mechanismy blokují jeho produkci hormonů.
Cena nekonečna
Co umožňuje axolotlům růst nových končetin bez námahy a proč to savci nemohou? Na tuto otázku stále nemáme jednoznačnou odpověď, ale samozřejmě existují hypotézy. Například, protože axolotl je neotenická larva, to znamená blíže k embryu než dospělý jedinec, můžeme předpokládat, že regenerace je výhradní vlastností embryí. U některých zvířat tomu tak skutečně je: dospělý mlok se regeneruje mnohem hůř než axolotl a pulec po proměně v žábu nedokáže dorůst vůbec nic. I u savců dochází k regeneraci v raných stádiích: je známo, že myší (a možná i lidské) plody hojí rány na srdci a novorozencům mohou znovu dorůst konečky prstů.
Čolci – příbuzní mloků – jsou však výborní v růstu částí těla i v dospělosti. Navíc hypotéza, kterou předložil akademik Skulachev a jeho kolegové, naznačuje, že by lidé měli být považováni za neotenické opice. V tomto případě bychom také měli regenerovat lépe než naši příbuzní primáti, což bohužel není pravda.
Chronologie regenerace axolotlích končetin. Foto Lapis 2380, Koláž: Anatolij Lapushko / Chrdk.
Protože není možné najít obecný vzorec, který by popisoval úspěšnost regenerace, můžete hledat konkrétní. Představme si, co se děje na místě zvířecí končetiny uříznuté zvědavým biologem. Nejprve krev vytéká z cév. Poté se vytvoří krevní sraženina. Poté se rozvine zánět: imunitní buňky se dostanou do poškozené oblasti, přitahovány látkami z rozpadlých buněk, aby odstranily trosky a vyčistily ránu od možných outsiderů a parazitů. A tam, kde se nashromáždilo mnoho imunitních buněk, je regenerace nemožná, protože zdravé buňky netrpí o nic méně než ty rozbité při čištění území. Ale ne axolotl: jeho imunitní buňky jsou tak málo aktivní, že je ve skutečnosti imunodeficientní. V oblasti rány se proto rychle začnou objevovat nové buňky. Ukazuje se, že schopnost regenerace musí být zaplacena nedostatkem imunity. To si ale my, na rozdíl od našich embryí, nemůžeme dovolit.
Mimochodem, naše imunitní reakce je tak silná, že bychom mohli zapomenout, jak hojit i jednoduché rány na kůži, nebýt neviditelných pomocníků, kteří brzdí imunitní aktivitu. To jsou samozřejmě kožní bakterie. O tom, jak mnoho událostí v našich životech závisí na mikrobech, se již psalo v Atticu a hojení ran je další z nich. U bezmikrobních myší se vyvíjí horší kožní růst než u normálních zvířat. A u potkanů se rány hojí lépe, pokud na nich žije normální mikroflóra. Lze předpokládat, že dozrávání axolotla a jeho přeměna v dospělého mloka je spojena i se změnou složení mikrobů jak na povrchu, tak uvnitř těla. A ukázalo se, že nově objevené bakterie jsou proti příliš aktivní regeneraci.
Fatální plasticita
Od axolotlů se lišíme tím, jak přidělujeme zdroje na obnovu částí těla. Představme si opět ránu v místě useknuté končetiny. Aby končetina znovu dorostla, potřebuje tělo zásobu aktivně se rozmnožujících buněk. K tomuto účelu využívá axolotl satelitní buňky – klidové buňky kosterních a svalových tkání, obdobu našich kmenových buněk. V důsledku jejich reprodukce se v místě rány objeví blastém – tuberkulóza, která roste a zároveň je „označená“ pro končetinu: kosti ve středu, svaly po stranách, kůže na vnější straně. Nemáme kde získat dostatečné množství kmenových buněk, naše zdroje stačí pouze na zacelení mezery ve tkáni (například zlomeninu), ale ne na její vypěstování od začátku.
Dalo by se k problému přistoupit z druhé strany, jako to dělá například Triton, a použít dediferenciaci. To je proces, při kterém přežívající buňky v tkáni ztrácejí svou specializaci a vracejí se zpět do kmenového stavu. Ve skutečnosti v některých případech děláme to samé – když si znovu narůstáme chlupy nebo část střevní stěny. Tento pohodlný mechanismus má ale i stinnou stránku. K úplně stejným procesům dochází při nádorové transformaci buněk – buňky se vrátí do nediferencovaného stavu a začnou se aktivně množit.
Být vysoce organizovanou bytostí není snadné. Pokud se chcete účinně chránit před parazity, nemůžete si dovolit pomalou a promyšlenou regeneraci. Pokud chcete být odolní vůči rakovině, nemáte právo na masovou dediferenciaci. I zde se axolotl ukázal jako úspěšnější – rakovinu i přes potlačenou imunitu prakticky neonemocní. Pro aktivní regeneraci vyvinul chytrou protirakovinnou obranu. Lépe mu funguje například protein p53 – stejný, který zastavuje buněčné dělení v reakci na mutace v DNA. Navíc se nedávno ukázalo, že extrakty z vajíček axolotl mohou přeprogramovat lidské nádory, zastavit jejich dělení a vrátit buňky do klidového stavu. To znamená, že se od něj máme ještě hodně co učit.
Těžko však můžeme očekávat konečné vítězství nad nekonečnem. Nohy, ruce a oči rostou dobře, pouze pokud jsou navrženy dostatečně jednoduše. K tomu je vhodný měřený podvodní chladnokrevný životní styl axolotla. Naše teplokrevnost, aktivní boj s parazity a vyšší nervová aktivita si ale příliš nerozumí se zásobami kmenových buněk a potlačenou imunitou. Ale umožňují nám pěstovat nové orgány v laboratoři, takže z globálního hlediska můžeme být úspěšnější i v regeneračním kruhu.
Polina Loseva
Axolotl je úžasné stvoření, které má superschopnost: regeneraci. Navíc je obnovena jakákoliv část jeho těla, dokonce i srdce. Vědci se touto záhadou přírody zabývají již mnoho let: možná to může pomoci člověku léčit rány. Nedávno udělali vědci ze Stanfordu další krok k pochopení schopností tohoto úžasného tvora.
Axolotly mají molekulu mTOR. Funguje jako spínač: zapíná a vypíná produkci bílkovin v těle. Její práci lze přirovnat k člověku, který nakupuje potraviny na deštivý den. Buňky těla akumulují molekulu obsahující genetické instrukce pro produkci bílkovin. Po jakémkoli poranění se molekula aktivuje a začne rychle produkovat stavební materiál pro regeneraci tkání.
„Až dosud bylo obtížné určit regenerační potenciál axolotlů,“ komentuje Maria Barna, docentka genetiky. “Nyní jsme však dosáhli významného pokroku v pochopení toho, jak můžeme použít mTOR u lidí.”
V minulosti se výzkumníci, kteří se snažili zjistit, jak axolotlům znovu dorostou celé části těla – nohy, ocasy, oči a dokonce i srdce – zaměřili na to, jak funguje molekula ribonukleové kyseliny (mRNA) po zranění zvířete. Získali však pouze informace o produkci molekul mRNA po poranění, ale nezjistili, jak se nový protein vyrábí.
Tým ze Stanfordu zvolil jiný přístup. Zaměřila se na to, které molekuly mRNA v blízkosti rány byly připojeny k ribozomům, malým molekulárním strojům, které vytvářejí proteiny. To vědcům pomohlo určit, které proteiny byly produkovány, spíše než které molekuly mRNA skončily poblíž místa poškození. Typicky, když se buňky setkají se stresem (jako je zranění), sníží celkovou produkci bílkovin, aby šetřily energii. Proto vědci očekávali, že uvidí méně molekul mRNA spojených s ribozomy. Ale místo toho jsme viděli víc.
“Otočilo to naši vizi o 180 stupňů.” Uvědomili jsme si, že axolotl, který přišel o končetinu, začíná produkovat více bílkovin, navzdory vysokému výdeji energie,“ poznamenal Barna.
Další experimenty ukázaly, že buňky axolotl „akumulují“ mRNA, takže regenerace začíná ihned po poranění. „Měli jsme pocit, že je nutné studovat syntézu proteinů,“ přiznává Elena Zhulin, Ph.D., postgraduální studentka a hlavní autorka studie. “Ale neočekávali jsme, že syntéza proteinů bude klíčem k tajemství regenerace axolotlů.”
Zůstala otázka: co aktivovalo mRNA a způsobilo, že se tyto molekuly navázaly na ribozomy poté, co axolotlové ztratili část svého těla? Studie zjistila, že axolotl mTOR protein má mnohem vyšší citlivost než u savců. U lidí a myší se tato molekula aktivuje pouze při nadbytku živin. To znamená, že naše buňky používají mTOR pouze k výrobě proteinů v nejlepších časech. Ale v axolotl se ihned po poranění molekula aktivuje a začíná aktivní produkce bílkovin.
“Objev této genetické změny byl šok: mTOR je enzym, který je stejný téměř ve všech organismech,” řekl Zhulin. “Ale u axolotlů jsme pozorovali změnu vlastností molekuly.”
Aby vědci ověřili, zda zde nedošlo k chybě, zablokovali molekulu mTOR lékem, který se používá k prevenci produkce bílkovin a buněčného dělení u rakoviny. A pak už axolotlům nemohly růst končetiny.
Vědci plánují pokračovat ve výzkumu, aby zjistili, zda stimulace mTOR u lidí může zlepšit hojení ran nebo pomoci regenerovat poškozené nebo nemocné orgány.
Zdroj: phys.org
Dozvěděli jsme se o světovém výzkumu a shromáždili jsme nová zábavná videa s našimi ocasatými přáteli zde:
