Amerykańscy naukowcy celowo zmodyfikowali genetycznie pospolitego chrząszcza, aby rozwinąć u niego trzecie, funkcjonalne oko, dokładnie na środku jego czoła. Badania mogą pomóc w rozwoju sztucznych organów laboratoryjnych, zarówno do celów badawczych, jak i medycznych.
Na przykładzie trzyokiego żuka badacze Indiana University (IU) chcą studiować, w jaki sposób ewolucja czerpie z istniejących już cech rozwojowych oraz genetycznych „cegiełek” tworząc nowe cechy lub stare w nowych miejscach.
- Biologia rozwoju jest piękna i bardzo złożona. Nie ma jednego genu dla oka, mózgu, skrzydła motyla lub skorupy żółwia. Zamiast tego tysiące pojedynczych genów i dziesiątki procesów rozwojowych łączą się, aby umożliwić kształtowanie każdej z tych cech. Podczas badań nauczyliśmy się, że ewolucja nowej cechy fizycznej jest podobna do budowania nowej struktury z klocków Lego, poprzez ponowne wykorzystanie i połączenie "starych" genów i procesów rozwojowych w nowych kontekstach – wyjaśnił Armin Moczek z wydziału biologii IU.
Według uczonych z IU, ewolucja nowych cech często wymaga o wiele mniej zmian genetycznych, niż pierwotnie sądzono. Choć badacze jeszcze nie do końca rozumieją, jakie mechanizmy biologiczne kierują budową nowych cech fizycznych.
- Możemy tworzyć nowe cechy w nowych miejscach, używając tego samego starego zestawu genetycznych "cegiełek". Jednak w przeciwieństwie do klocków Lego, gdzie wiemy, jakie elementy łączą się z innymi, w biologii wciąż borykamy się ze zrozumieniem poszczególnych jej elementów – przyznał Moczek.
Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy starali się uzyskać jaśniejszy obraz tego procesu była próba pobudzenia wzrostu ektopowych narządów - czyli narządów, które tworzą się na niewłaściwej części ciała. We wcześniejszych badaniach naukowcy skupiali się na stworzeniu u muszki owocowej oczu w niewłaściwym miejscu, np. na skrzydle lub nodze. Jednak te eksperymenty wymagały aktywacji głównych genów regulatorowych w nowym miejscu, a technika ta jest ograniczona tylko do kilku organizmów badawczych. Powstałe "oczy" również nigdy nie były w pełni funkcjonalne.
Udało się to w nowych badaniach. Naukowcy z IU poinformowali o stworzeniu funkcjonalnego oka u dwóch gatunków pospolitego skarabeusza. Zespół badaczy dezaktywował jeden z genów homeotycznych, który kontroluje rozwój morfologiczny głowy.
Fot. Zattara et al./PNAS
- Podczas badania zakłócaliśmy funkcję głównego genu. W odpowiedzi na to, reszta rozwoju głowy zreorganizowała się, aby wytworzyć bardzo złożoną cechę w nowym miejscu: złożone oko w środku głowy. Co więcej, oko okazało się w pełni funkcjonalne – wyjaśnił Moczek.
Zespół naukowców wykonał wiele testów, by sprawdzić, czy oko jest rzeczywiście funkcjonalne. Sprawdzono, czy struktura ma te same typy komórek, wyrażone tymi samymi genami, czy wyrosły odpowiednie połączenia nerwowe i wywoływały taką samą reakcję behawioralną jak w przypadku normalnego oka.
Badania przeprowadzone na IU pomogą w zrozumieniu, jak złożone organy rosną i integrują się z resztą ciała. Wiedza ta może okazać się przydatna w rozwoju sztucznych organów laboratoryjnych, zarówno do celów badawczych, jak i medycznych. Może to w przyszłości zrewolucjonizować transplantologię.
Praca naukowa badaczy z Indiana University ukazała się w piśmie “Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Źródło i fot: Indiana University
