Nasze magazyny
Co sprawia, że jesteśmy ludźmi? Dlaczego - chociaż na początku każdy przedstawiciel królestwa zwierząt jest po prostu zapłodnioną komórką - różnimy się tak bardzo od psów, ryb czy strusiów? Skąd komórki macierzyste wiedzą, w jaki narząd wewnętrzny czy część ciała się przekształcić?
Oczywiście ważną rolę w tym procesie odgrywają geny. Gdy nie spełniają one we właściwy sposób swych funkcji, czyli wysyłają błędne sygnały, może dochodzić do nieprawidłowego różnicowania się komórek macierzystych.
Wszystko zależy od mózgu
Niektóre zwierzęta mają zdolności regeneracyjne pozwalające im odtworzyć utracone części ciała. Prym wiodą płazińce (robaki płaskie, do których zaliczają się m.in. wirki, a także pasożytnicze tasiemce i przywry). Udowodniono, że organizm wirków jest w stanie zregenerować się z 1/279 części całego ciała5.
Przeprowadzone przez Nestora Oviedo badanie na wirkach wykazało, że w przypadku dorosłych organizmów gojenie się ran i uzupełnianie ubytków tkanki jest kontrolowane przez zwoje będące jakby prymitywnym mózgiem. Oznacza to, że procesy regeneracyjne organizmu nie przebiegają w sposób automatyczny, ale są na bieżąco zlecane przez układ nerwowy.
Potwierdziło to doświadczenie, w którym wykorzystano wirki mające dwa ogony. W zakończenia ciał robaków wszczepiono komórki tkanki mózgowej. Wtedy organizm płazińców zaczął reagować podobnie jak osobników zbudowanych prawidłowo: tworzył nowe komórki. Najwięcej powstawało ich w okolicy głowy zwierząt, najmniej w ogonie. Naukowcy sądzą zatem, że ośrodkowy układ nerwowy odgrywa kluczową rolę w powstawaniu nowych komórek w organizmie6.
Ale geny to nie wszystko. Okazuje się, że w procesie rozwoju organizmu i kształtowania organów istotna jest również... elektryczność. Już od dawna wiemy, że pobudza ona do życia każdy organizm. Bez elektryczności mózg i układ nerwowy nie mogłyby prawidłowo funkcjonować (potraktowana prądem martwa żaba zaczyna poruszać kończynami).
Dotąd zakładano, że rola elektryczności w organizmie ogranicza się do przekazywania prostych komunikatów, np. dotyczących kierowania składników odżywczych do konkretnych komórek. Niedawno przeprowadzone badania wskazują jednak, że jej znaczenie jest większe, niż podejrzewano.
Elektryczny organizm
W każdej komórce ciała dzięki mitochondriom powstaje elektryczność niezbędna do komunikacji międzykomórkowej. Komórki zyskują swój ładunek elektryczny dzięki jonom, czyli atomom zawierającym zbyt wiele lub za mało elektronów, które znajdują się wewnątrz i na zewnątrz komórki.
Oczywiście to, że w naszym organizmie istnieją tysiące jonów, nie oznacza, że możemy wywoływać zjawiska elektryczne, takie jak np. pioruny. Niemniej zdarza się, że pomiędzy dwiema osobami przeskakują elektrony np. podczas podawania sobie dłoni.
Obecność jonów w organizmie może się jednak wiązać z pewnymi zagrożeniami. Naładowane dodatnio atomy tlenu, zwane wolnymi rodnikami, są uznawane za jedną z głównych przyczyn starzenia się organizmu. Aby spowolnić te procesy, warto pomyśleć o tzw. uziemieniu (polecamy artykuł w "Holistic Health" nr 2/2017). Osoby, które chodzą boso po trawie czy piasku, obserwują poprawę samopoczucia i ogólnego stanu zdrowia, gdyż w ten sposób dochodzi do uzupełnienia brakujących elektronów, czyli zneutralizowania wolnych rodników
To właśnie elektryczność sprawia, że jaszczurce w miejscu blizny odrasta zgodnie z oczekiwaniami ogon, a nie np. kończyna. Ale można to zmienić. Naukowcy są już w stanie wpłynąć na proces różnicowania się komórek macierzystych i wyhodować coś takiego, czego oryginalny "przepis" na organizm zwierzęcia w danym miejscu nie przewidywał1.
Co dwie głowy, to nie jedna
W 2010 r. zespół naukowców pod kierownictwem Michaela Levina i Nestora Oviedo postanowił przestudiować rolę elektryczności w procesach różnicowania się komórek macierzystych. W tym celu badacze pozbawili głowy i ogona przedstawicieli pewnego gatunku wirków. Należą one do płazińców, a zatem ich organizm ma wysokie zdolności regeneracyjne: z obciętej głowy może rozwinąć się nowy osobnik, a u wirka "dawcy" wykształci się wtedy nowa głowa. Tak przygotowane do eksperymentu robaki naukowcy umieścili w naczyniu wypełnionym płynem, który zaburzał przepływ jonów pomiędzy komórkami.
W wyniku tego doświadczenia na obu końcach ciała wirków wyrosły… nowe głowy. Eksperci ponownie zdekapitowali więc zwierzęta i włożyli je tym razem do naczynia z czystą wodą. Wirkom, mimo że przepływu jonów między komórkami nic już nie zakłócało, znów odrosły po dwie głowy.
Czyżby naukowcom udało się trwale zmienić procesy zachodzące w ich organizmie? Na uwagę zasługuje to, że eksperyment nie wiązał się z żadną ingerencją w geny zwierząt. Badacze jedynie zanurzyli wirki w płynie zaburzającym aktywność jonów. Co więcej, potomstwo tych robaków również miało po dwie głowy, każdą na jednym z końców ciała. To pokazuje, jak ważną funkcję w rozwoju organizmu pełni elektryczność.
Ciało jak plastelina
W ubiegłym roku zespół Levina ponownie zainteresował się tematem dekapitacji wirków i zależności między elektrycznością a komórkami macierzystymi. Wirki z gatunku G. dorotocephalia zostały pozbawione głów i poddane działaniu jonów, ale proces komunikacji elektrycznej między komórkami został zakłócony. Robakom odrosły wprawdzie głowy, ale nietypowe, charakterystyczne dla innego, spokrewnionego z nimi gatunku.
Inny naukowiec, Min Zao, również zbadał wpływ pola elektrycznego na zachowanie komórek. W przeprowadzonym przez siebie eksperymencie pokazał, jak pozostające pod wpływem prądu komórki skóry przemieszczają się w konkretnym kierunku - wszystkie w tym samym.
Czy ciało człowieka również można tak kształtować?
Bibliografia
- Bittel J., Grow with the flow, New Scientist, 7 January 2017, ss. 33-35
- Dis Model Mech. 2011 Jan; 4(1): 12–19. doi: 10.1242/dmm.006692
- Lobo D., et al., Modeling Planarian Regeneration: A Primer for Reverse-Engineering the Worm, doi: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002481
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1403/
- Dis Model Mech. 2011 Jan; 4(1): 12–19. doi: 10.1242/dmm.006692
- Harshani Peiris T., et al., Regional signals in the planarian body guide stem cell fate in the presence of genomic instability. doi:10.1242/dev.131318
Odpowiedź na to pytanie pozostaje na razie negatywna. Co prawda i u nas, i u wirków - jak w każdym organizmie zwierzęcym - występują komórki macierzyste, jednak różnią się one między sobą. Przede wszystkim nie udowodniono dotąd (choć środowisko naukowe tak zakłada), że komórki macierzyste u wirków są pluripotencjalne. Tak więc nadal nie wiadomo, czy mogą one różnicować się w dowolne komórki organizmu z wyjątkiem łożyska, które u robaków zresztą i tak nie występuje2. A zatem niewykluczone, że działają one inaczej niż u ssaków.
Badacze nie wiedzą również, jak dokładnie przebiegają procesy regeneracyjne u wirków3. Nie wyjaśnili też w pełni roli jonów. Dlaczego wirkom w eksperymencie Levina po zaburzeniu przepływu elektronów wyrosły dwie głowy, a nie dwa ogony? Dlaczego ich potomstwo również było dwugłowe?
I najważniejsze: ludzki organizm jest o wiele bardziej skomplikowany niż organizm wirka. Dopóki naukowcy nie przebadają dokładnie mechanizmów kryjących się za wpływem jonów na różnicowanie się komórek macierzystych, dopóty nie będzie możliwe kontrolowanie tego procesu. Niewykluczone, że w wyniku eksperymentu pacjentowi odrosłaby stracona w wypadku ręka. Co jednak w przypadku, gdyby w jej miejscu pojawiła się druga głowa?
Jony pokonają choroby
Wiemy już, że niektóre choroby są wywoływane przez nieprawidłowy przepływ jonów. Należą do nich zespół Timothy (zaburzenia układu sercowo-naczyniowego i nerwowego, charakterystyczne rysy twarzy i budowa stóp4) i zespół Andersen-Tawila (czasowy paraliż, arytmia i wady rozwojowe). Gdyby naukowcom udało się zrozumieć, w jaki sposób jony oddziałują na komórki macierzyste, można byłoby wdrażać skuteczne terapie, a nawet zrobić o wiele więcej. Levinowi i jego kolegom udało się bowiem zmienić sygnał bioelektryczny u kijanek z nowotworami, co zatrzymało rozwój choroby.
Po raz kolejny komórki macierzyste zachwycają nas swoimi zdolnościami. Tym razem jednak biologia idzie w parze z fizyką. Czy terapia oparta na kontroli aktywności jonów ocali miliony pacjentów przed rakiem? Niewykluczone.
Julia Cember
