211service.com
Een blauwdruk om ledematen te regenereren
Op zijn eigen manier is de axolotl-salamander een machtig beest. Hak zijn poot af en het schepsel met kieuwen zal een nieuwe krijgen. Bevries een deel van zijn hart en het orgel zal zich opnieuw vormen. Snijd de helft van zijn hersenen eruit, en zes maanden later zal er een andere helft op zijn plaats zijn ontsproten. Je kunt er alles aan doen, behalve het doden, en het zal regenereren, zegt Gerald Pao, een postdoctoraal onderzoeker aan het Salk Institute for Biological Studies, in La Jolla, CA.
Groeiende ledematen: De axolotl-salamander is een van de weinige gewervelde dieren die als volwassene hele ledematen kan teruggroeien. Wetenschappers sequensen nu delen van zijn ongewoon grote genoom om de genetische basis voor dit vermogen te begrijpen.
Die buitengewone kracht van regeneratie inspireerde Pao en zijn medewerker Wei Zhu, ook aan het Salk Institute, om het DNA van de axolotl-salamander te onderzoeken. Ondanks tientallen jaren van onderzoek naar de salamander, is er weinig bekend over het genoom ervan. Dat begon vorig jaar te veranderen, toen Pao en zijn medewerkers een miljard bases aan gratis sequencing wonnen van Roche Toegepaste Wetenschappen , gevestigd in Penzberg, Duitsland. Nu de gegevens binnen zijn, kunnen wetenschappers eindelijk op jacht gaan naar het genetische programma dat het dier zijn unieke mogelijkheden geeft.
Hoewel alle dieren weefsel tot op zekere hoogte kunnen regenereren - we kunnen bijvoorbeeld spieren, botten en zenuwen laten groeien - zijn salamanders en salamanders de enige gewervelde dieren die als volwassenen hele organen en vervangende ledematen kunnen laten groeien. Wanneer een been verloren gaat door een verwonding, beginnen de cellen in de buurt van de wond te differentiëren, waardoor de gespecialiseerde eigenschappen die ze tot een spiercel of botcel maakten, verloren gaan. Deze cellen vermenigvuldigen zich vervolgens en vormen een ledemaatknop, of blastema, die vervolgens een ledemaat laat groeien op dezelfde manier als tijdens de normale ontwikkeling.
Wetenschappers hebben enkele moleculaire signalen geïdentificeerd die een sleutelrol spelen in het proces, maar de genetische blauwdruk die ten grondslag ligt aan regeneratie blijft onbekend. Onderzoekers hopen dat ze, door deze moleculaire trucs te ontdekken, ze uiteindelijk op mensen kunnen toepassen om beschadigd hart- of hersenweefsel te laten groeien en misschien zelfs nieuwe ledematen te laten groeien.
Om snel delen van het genoom van de salamander te identificeren die betrokken zijn bij regeneratie, hebben de wetenschappers de genen gesequenced die het sterkst tot expressie werden gebracht tijdens de vorming en groei van ledematen. Ze ontdekten dat tijdens de regeneratie minstens 10.000 genen werden getranscribeerd. Ongeveer 9.000 daarvan lijken verwante menselijke versies te hebben, maar er lijken er nog een paar duizend te zijn die niet op bekende genen lijken. We denken dat veel van hen genen zijn die uniek zijn geëvolueerd in salamanders om te helpen bij dit proces, zegt Randal Voss , een bioloog aan de Universiteit van Kentucky, die aan het project werkt.
De onderzoekers zijn nu van plan om een genchip te maken die is ontworpen om niveaus van sommige van deze kandidaatgenen te detecteren, zodat de wetenschappers kunnen bepalen op welk punt tijdens het regeneratieproces de genen worden aangezet. Het team ontwikkelt ook moleculaire hulpmiddelen waarmee ze specifieke genen tot zwijgen kunnen brengen, waardoor ze kunnen bepalen welke genen cruciaal zijn voor een goede hergroei.
Wetenschappers hebben ook de sequentie bepaald van willekeurige brokken van het salamandergenoom. Met ongeveer 30 miljard basen en 10 keer de grootte van het menselijk genoom, is het een van de grootste onder gewervelde dieren. De meeste wetenschappers verwachtten dat het extra DNA zou bestaan uit junk-DNA, lange stukken basen tussen genen. Maar de eerste bevindingen waren verrassend. Genen zijn gemiddeld 5 tot 10 keer groter dan die van andere gewervelde dieren, zegt Voss. Het gebied van het genoom dat genen bevat, wordt geschat op meer dan twee gigabase, wat zo groot is als sommige hele genomen.
De extra DNA-sequenties zitten in genen en worden uitgesneden tijdens de translatie van gen naar eiwit. Veel van dit DNA bestaat uit zich herhalende sequenties die tot nu toe in geen enkel ander organisme zijn aangetroffen, zegt Pao. Het is echter nog niet duidelijk of deze repetitieve rekoefeningen de regeneratie helpen vergemakkelijken of een andere rol spelen in de levenscyclus van de salamander.
Een van de belangrijkste vragen die nog moeten worden beantwoord, is of de salamander unieke genetische eigenschappen heeft die regeneratie mogelijk maken, of dat alle dieren dat aangeboren vermogen hebben. Als we een totaal uniek gen bedenken dat alleen in axolotl voorkomt, zou dat het heel moeilijk maken om te repliceren, zegt David Gardiner , een bioloog aan de Universiteit van Californië, Irvine, die ook meewerkt aan het project. Hij geeft er de voorkeur aan te denken dat regeneratie afkomstig is van een fundamenteel vermogen dat sluimert bij zoogdieren, dat opnieuw zou kunnen worden gewekt met een paar simpele genetische prikkels. Het meeste weefsel in onze arm regenereert; het is gewoon de arm die niet regenereert, zegt hij. Wat ontbreekt, is hoe je een reactie coördineert om een geïntegreerde structuur te krijgen.