211service.com
En plan för att regenerera lemmar
Axolotlsalamandern är på sitt sätt ett mäktigt odjur. Hacka av dess ben, och den gälförsedda varelsen kommer att växa upp ett nytt. Frys en del av sitt hjärta, och orgeln kommer att bildas på nytt. Skär ut hälften av hjärnan, och sex månader senare kommer ytterligare en halva att ha grot ut i dess ställe. Du kan göra vad som helst med det förutom att döda det, och det kommer att regenereras, säger Gerald Pao, en postdoktor vid Salk Institute for Biological Studies, i La Jolla, CA.
Växande lemmar: Axolotlsalamandern är en av de enda ryggradsdjuren som kan växa tillbaka hela lemmar som vuxen. Forskare sekvenserar nu delar av dess ovanligt stora genom för att förstå den genetiska grunden för denna förmåga.
Den extraordinära förnyelsekraften inspirerade Pao och hans samarbetspartner Wei Zhu, också vid Salk Institute, att undersöka axolotlsalamanderns DNA. Trots årtionden av forskning om salamandern är lite känt om dess arvsmassa. Det började förändras förra året, när Pao och hans medarbetare vann gratis sekvensering för en miljard baser från Roche tillämpad vetenskap , baserat i Penzberg, Tyskland. Nu när uppgifterna är inne kan forskarna äntligen börja jakten på det genetiska programmet som ger djuret dess unika kapacitet.
Medan alla djur kan regenerera vävnad i viss utsträckning – vi kan till exempel växa muskler, ben och nerver – är salamander och vattensalamandrar de enda ryggradsdjur som kan växa hela organ och ersättningslemmar som vuxna. När ett ben förloras på grund av skada, börjar celler nära såret att dedifferentiera, vilket förlorar de specialiserade egenskaper som gjorde dem till en muskelcell eller bencell. Dessa celler replikerar sedan och bildar en lemknopp, eller blastema, som fortsätter att växa en lem på samma sätt som den bildas under normal utveckling.
Forskare har identifierat några av de molekylära signalerna som spelar en nyckelroll i processen, men den genetiska planen som ligger till grund för regenerering är fortfarande okänd. Forskare hoppas att genom att avslöja dessa molekylära knep, kan de i slutändan tillämpa dem på människor för att återväxt skadad hjärta eller hjärnvävnad, och kanske till och med växa nya lemmar.
För att snabbt kunna identifiera delar av salamanderns genom som är inblandade i regenerering, sekvenserade forskarna gener som uttrycktes mest under bildning av lemknoppar och tillväxt. De fann att minst 10 000 gener transkriberades under regenerering. Ungefär 9 000 av dessa verkar ha relaterade mänskliga versioner, men det verkar finnas några tusen fler som inte liknar kända gener. Vi tror att många av dem är gener som har utvecklats unikt i salamandrar för att hjälpa till med denna process, säger Randal Voss , en biolog vid University of Kentucky, som arbetar med projektet.
Forskarna planerar nu att göra ett genchip utformat för att upptäcka nivåer av några av dessa kandidatgener, så att forskarna kan avgöra exakt vid vilken tidpunkt under regenereringsprocessen generna slås på. Teamet utvecklar också molekylära verktyg som låter dem tysta specifika gener, vilket gör det möjligt för dem att lokalisera de som är avgörande för korrekt återväxt.
Forskare sekvenserade också slumpmässiga bitar av salamandergenomet. Med cirka 30 miljarder baser och 10 gånger storleken på det mänskliga genomet är det en av de största bland ryggradsdjur. De flesta forskare förväntade sig att det extra DNA:t skulle bestå av skräp-DNA, långa sträckor av baser mellan gener. Men de första fynden var överraskande. Gener är i genomsnitt 5 till 10 gånger större än de hos andra ryggradsdjur, säger Voss. Den region av genomet som innehåller gener uppskattas vara mer än två gigabaser, vilket är lika stort som vissa hela genom.
De extra DNA-sekvenserna sitter i gener och skärs ut under översättningen från gen till protein. Mycket av detta DNA består av repetitiva sekvenser som hittills inte hittats i några andra organismer, säger Pao. Det är dock ännu inte klart om dessa repetitiva sträckor hjälper till att underlätta regenerering eller spelar någon annan roll i salamanderns livscykel.
En av nyckelfrågorna som ännu inte har besvarats är om salamandern har unika genetiska egenskaper som möjliggör regenerering, eller om alla djur har den medfödda förmågan. Om vi kommer på någon helt unik gen som bara finns i axolotl, skulle det göra det väldigt svårt att replikera, säger David Gardiner , en biolog vid University of California, Irvine, som också samarbetar i projektet. Han föredrar att tro att regenerering kommer från en grundläggande förmåga som ligger i dvala hos däggdjur, som skulle kunna återuppväckas med en enkel genetisk stimulans. Det mesta av vävnaden i vår arm regenereras; det är bara armen som inte regenereras, säger han. Det som saknas är hur du koordinerar ett svar för att få en integrerad struktur.