Den lille, udødelige hydra er et ferskvandsdyr, der kan genoprette et helt nyt dyr fra bare den mindste spalte i kroppen. Normalt gør det dette perfekt: En fod, en lang tynd krop og et fordybende hoved.
Men med en enkelt genetisk finjustering kan forskere skabe monstrøse hydraer, der spirer fuldt funktionsdygtige hoveder over hele deres kroppe - passende til et dyr opkaldt efter et gammelt græsk monster, der havde et sted mellem seks og ni hoveder.
Disse mangehovedede hydraer er ikke kun et trick med gal videnskab. For første gang har forskere fundet ud af, hvad der holder regenereringen af hydrahovedet i skak. Resultaterne kunne informere alt fra menneskelige udviklingsundersøgelser til kræftforskning.
Jakten på en slukket switch
Selvom hydraer er enkle dyr, er genplantning af kropsdele ingen mindre præstation. Ved hver regenerering skal dyret organisere sin kropsplan, så bare et hoved havner på toppen og bare en fod, eller basalskive, spirer i bunden. Forskere havde nogle af brikkerne i dette puslespil. De kendte genet Wnt3 er afgørende for at tilskynde til vækst af hovedet. De vidste også, at der skal være en vis molekylær kontrol med Wnt3. Uden denne hæmning ville hydraet bare vokse hoveder overalt. De vidste også, at en bestemt receptor og genetisk aktivator, kaldet beta-catenin / TCF, blev aktiveret af Wnt3 at starte hovedvækstprocessen.
Men de manglede afbryderen "slukket". Noget, de vidste, var nødt til at forhindre hydra i at vokse hoved efter hoved efter hoved, sagde Brigitte Galliot, professor i genetik og evolution ved Genève Universitet.
Så Galliot og hendes kolleger gik på jagt. De startede med en nær slægtning af hydraer, planarer eller fladorme, som også regenererer. I det planære genom fandt de 440 gener, der bliver mindre aktive, når beta-catenin / TCF-signaler blev blokeret, hvilket gav dem et udgangspunkt for søgning efter andre gener involveret i denne cyklus. Af dem eksisterede 124 også i hydra-genomet.
Af dem fandt de kun fem gener, der er mest aktive øverst på hydraens rørformede krop og mindst aktive ved dens fod, hvilket betyder, at de måtte være specifikke for hovedvækst. Blandt disse fem ledte de efter gener, der blev mere og mere aktive under regenerering. Der efterlod tre: Wnt3, Wnt5 og et gen kaldet SP5.
En omhyggelig balance
Holdet vidste allerede det Wnt3 og Wnt5 fik hovedvækstprocessen til at rulle. Så de fokuserede på SP5. De fandt snart, at beta-catenin / TCF tilskynder til aktiviteten hos SP5 - men SP5 tæmper også beta-catenin / TCF-signalerne ved at undertrykke Wnt3.
Dette lyder måske lidt mærkeligt, men det var lige, hvad forskerne ledte efter: en forbindelse, der kunne sætte bremserne på en ellers løbsk feedback-loop. For at kontrollere deres arbejde blev de hydra konstrueret til ikke at udtrykke SP5 gen.
"I 100 af disse dyr får du ektopiske hoveder," fortalte Galliot til Live Science. "Hvilket er virkelig fantastisk."
Hvad der sker, rapporterede Galliot og hendes kolleger i dag (19. januar) i tidsskriftet Nature Communications, er, at når en hydra har brug for et nyt hoved, frigiver det Wnt3, som klamrer sig fast til beta-catenin / TCF, som aktiverer en hel masse gener, inklusive mere Wnt3 og SP5. Uden SP5, det Wnt3 holder cyklussen i gang, og tonsvis af hoveder dukker op over hele den regenererende hydra. Disse hoveder, sagde Galliot, er helt funktionelle. De har et nervesystem og tentakler og en fungerende mund.
Hvornår SP5 er på billedet, som det er i naturen, binder det sig til Wnt3, forhindrer denne aktivator i at finde og binde til beta-catenin / TCF. I fraværet af Wnt3, beta-catenin / TCF holder op med at sende "make a head!" beskeder, og kun et hoved vokser.
Processen, sagde Galliot, handler om balancen mellem aktivering og undertrykkelse. Og det er her ting bliver interessant. Det viser sig at Wnt3 er ikke kun i fladorm og hydras og andre enkle, regenererende dyr. Det er også hos pattedyr, inklusive mennesker. Genet ser ud til at påvirke embryonal udvikling, hvilket betyder, at forståelse af dens funktion kan hjælpe forskere med at forstå, hvad der styrer den tidlige menneskelige udvikling. Wnt3 Galliot sagde også at det er en vigtig drivkraft for nogle former for kræft. Det kan være det SP5 manipulation kunne stoppe spredningen af sådanne kræftformer, sagde hun.
Den slags medicinsk forskning er stadig langt i fremtiden, men hydraens tentakelspækkede hoveder peger vejen, sagde Galliot.
”Hvad vi lærer af enkle organismer som denne fortæller os, hvilken slags test vi kan gøre hos pattedyr for at forstå bedre,” sagde hun. "Det giver os en retning."
