Биоэлектрическая стимуляция заставила червя отрастить вторую голову вместо хвоста

Учёные впервые вырастили червя с двумя головами.
Фото Michael Levin/Tufts Center for Regenerative, Developmental Biology.

Читайте нас в Telegram

Как известно, черви потрясают своими возможностями регенерации, поскольку обладают специальными генами восстановления и помнят всё о потерянных конечностях. А уж если им помогают в этом учёные, то стоит ждать сенсаций.

Ранее мы рассказывали о том, как плоских червей научили заново отращивать целую голову, причём не обязательно свою.

Однако на этот раз планарии превзошли самих себя и смогли отрастить сразу две головы: одну там, где ей положено быть, в вторую – на месте хвоста. Такого эффекта добились американские исследователи, изменив ту самую ещё не до конца изученную память червей о потерянной конечности.

Майкл Левин (Michael Levin) из университета Тафтса в Медфорде вместе с коллегами предположил, что изменить память червя возможно при помощи электрической стимуляции клеток. Его команда долгое время пыталась понять, как электрические сигналы, которыми обмениваются клетки беспозвоночных, влияют на способность восстанавливать повреждённые ткани.

Кстати, именно Левин в 2013 году провёл эксперимент, в ходе которого обезглавленные черви не только отрастили новые головы, но и восстановили воспоминания. Но на этот раз учёного интересовал так называемый биоэлектрический код. По мнению Левина, именно он, помимо генов, играет ключевую роль в процессе регенерации, а стало быть, если его изменить, то червь сможет отрастить не ту же потерянную конечность, а другую – на которую его "запрограммируют" специалисты.

Заряженные ионы постоянно перемещаются между клетками, перенося биоэлектрический заряд. Считается, что модели электрической активности играют важную роль в контроле за тем, как эмбрионы развивают конечности. Идея Левина заключается в том, что те же механизмы могут работать и на взрослых особях – для начала это нужно было проверить на беспозвоночных.

Многие препараты, в частности анестетики, могут дестабилизировать электрический заряд клеток. В своём эксперименте команда Левина применила этот подход: они разрезали несколько десятков планарий на три части, отделив их головы и хвосты. Оставшееся "тело" обработали октанолом, который заблокировал передачу сигналов между клетками.

В итоге около 70% червей отрастили себе либо второй хвост, либо вторую голову вместо "правильной" части тела. Оставшиеся планарии регенерировали по стандартному сценарию, но их не оставили в покое: учёные снова разрезали этих беспозвоночных, и после этого 70% из них "перепутали" части тела. Лишь треть вырастила "правильные" конечности во второй раз. Команда повторила эксперимент снова, и результат был точно таким же.

По словам Левина, после дестабилизации биоэлектрического кода каждый "обрубок" червя как будто принимает собственное решение – какую часть тела отращивать. Таким образом, "план тела" планарий можно постоянно менять.

"Совершенно нормальный червь с нормальной экспрессией генов и распределением стволовых клеток может фактически менять своё тело. Это зависит только от биоэлектрического импульса; распределение тканей или стволовых клеток абсолютно ни при чём", — заключает учёный.

Теперь его команда намерена применить тот же подход к млекопитающим, а именно – к мышам, у которых регенерация проходит по тому же сценарию, что и у людей. Ожидается, что грызунов получится заставить вырастить, к примеру, утраченный палец. Однако не исключены и неожиданные результаты – к примеру, теоретически мышь может вырастить на месте пальца новый хвост.

Научная статья по итогам провокационной работы американских специалистов опубликована в издании Biophysical Journal.

Сегодня