Способность животных восстановить части тела очаровала ученых со времени Аристотеля. Но до появления современных инструментов для генетического и вычислительного анализа, у ученых не было способа изучить генетическое оборудование, которое позволяет регенерацию. Используя такие инструменты, ученые из Биологической Лаборатории MDI определили генетические регуляторы, управляющие регенерацией, которые распространены через разновидности.
В работе, опубликованной в журнале PLOS ONE, MDI, Биологические Лабораторные ученые Бенджамин Л. Кинг, доктор философии, и Вут П. Инь, доктор философии, определили эти общие генетические регуляторы в трех регенеративных разновидностях: данио-рерио, обыкновенная аквариумная рыбка первоначально из Индии; аксолотль, уроженец саламандры озер Мексики; и bichir, рыба с плавниками луча из Африки.Открытие генетических механизмов, характерных для всех трех из этих разновидностей, которые отличались на эволюционном дереве приблизительно 420 миллионов лет назад, предполагает, что эти механизмы не характерны для отдельных разновидностей, но были сохранены по своей природе посредством эволюции.«Я помню, что день очень хорошо – это было фантастическое чувство», сказал Король открытия. «Мы не ожидали, что образцы генетического выражения будут весьма отличаться в трех разновидностях, но было удивительно видеть, что они последовательно были тем же самым».
Открытие общих генетических регуляторов, как ожидают, будет служить платформой, чтобы сообщить новым гипотезам о генетических механизмах, лежащих в основе регенерации конечности. Открытие также представляет важный шаг вперед в понимании, почему много тканей в людях, включая ткань конечности, восстанавливают плохо – и в способности возможно управлять теми механизмами с медикаментозными лечениями.«Регенерация конечности в людях может походить на научную фантастику, но это в пределах возможного», сказал Инь. «То, что мы определили генетическую подпись для регенерации конечности в трех различных разновидностях с тремя различными типами придатков, предполагает, что природа создала общую генетическую инструкцию по эксплуатации, управляющую регенерацией, которая может быть разделена всеми формами жизни животных, включая людей».
В частности, ученые изучили формирование массы клеток, названных бластемой, которая служит водохранилищем для регенерации тканей. Формирование бластемы – критический первый шаг в процессе регенерации. Используя сложную генетическую упорядочивающую технологию, Король и Инь определили единый набор генов, которыми управляет общая сеть генетических регуляторов, известных как microRNAs.«Ученые здесь изучают эволюционно широкий диапазон животных, чтобы получить сведения о генетических механизмах, лежащих в основе ремонта и регенерации сложных тканей и почему эти процессы плохо активны в людях», сказал Кевин Стрэндж, доктор философии, президент лаборатории. «Ценность нашего подхода подтверждена этим замечательным исследованием, которое впервые показывает генетическую сеть, управляющую регенерацией конечности, которая распространена через три эволюционно отличных вида животных».
Исследование также имеет последствия для исцеления раны, которое, потому что это также требует замены потерянных или поврежденных тканей, включает подобные генетические механизмы. С большим пониманием этих механизмов лечение могло потенциально быть развито, чтобы ускорить исцеление раны, таким образом сокращение боли, уменьшение риска инфекции и пациентов возвращения на их ногах более быстро.Другое возможное применение – разработка более современных протезных устройств.
Когда конечность ампутирована, нервы на месте ампутации могут быть повреждены. Ремонт и регенерация этих нервов могли потенциально позволить развитие более сложных протезов, которые могли взаимодействовать с этими нервами, допуская больший контроль.
В то время как более быстрое исцеление раны и улучшенные протезы могут быть на более близком термине горизонт, способность повторно вырастить конечности далеко. Сколько времени? «Это зависит от темпа открытия, которое в большой степени зависит от финансирования», сказал Инь.
Он предсказал, что график времени мог быть ускорен, если бы достаточно финансирования исследования было доступно. «К сожалению», он добавил, «мы находимся в период значительно уменьшенного финансирования для научного исследования».