Z kožných buniek žabích embryí vznikli miniorganizmy, ktoré môžu byť užitočné v biomedicíne aj v ekológii.
Ilustračný obrázok žabích embryí. Zdroj: iStockphoto.com
Tím vedcov z Tuftsovej univerzity a z Vermontskej univerzity v USA oddelil malé kúsky kožného tkaniva z embrya pazúrnatky vodnej, žaby, ktorá žije v Afrike. Vedci ich umiestnili do Petriho misiek do kvapaliny, v akej je embryo vo vajíčku. V priebehu troch dní sa kúsky kože začali zhlukovať do guľôčok a narástli im vlásočnice, vďaka ktorým začali plávať. Žaby, ale aj ľudské pľúca majú podobné vlásočnice. Tie však plnia inú úlohu, vytvárajú ochranný hlien, ktorým odpudzujú patogény. V tomto prípade sa však repasovali tak, že napomáhajú pohybu. Nové organizmy sú síce dielom evolúcie, ale do istej miery riadenej vedcami, ktorí ich nazvali xenoboty. Pomenovanie vzniklo spojením slov robot a Xenopus laevis, čo je latinské meno pazúrnatky vodnej.
Biológ Michael Levin, vedúci výskumného laboratória na Univerzite Tufts a spoluautor štúdie o xenobotoch uverejnenej v Science Robotics, hovorí, že je to skvelý príklad toho, ako môžeme recyklovať dostupné formy života. Treba dodať, že rovnaký vedecký tím vytvoril xenobotov aj pred rokom, ale vtedy na to išiel pomocou evolučného počítačovému programu. Zadal mu za úlohu vytipovať bunky z rôznych biologických tkanív, z ktorých by sa dal zostrojiť nový živý organizmus. Podmienkou tiež bolo, aby sa hýbal. Počítač im navrhol bunky z embryonálnej pokožky (tiež z pazúrnatky vodnej) a buniek jej srdcového svalu. Vedci ich potom ručne poskladali do nového miniorganizmu. Fungoval, avšak ich nový výskum priniesol rýchlejšie a schopnejšie xenoboty.
Niečo úplne iné ako žaba
„Keď oslobodíme kožné bunky od kontextu, v ktorom bežne fungujú, a dáme im príležitosť znovu si predstaviť svoju mnohobunkovosť, môžu stavať aj iné veci ako tie, ktoré stavajú bežne. To je to najzásadnejšie, čo sme zistili,“ hovorí Levin. Dodáva, že ide o normálne bunky, ktoré nie sú geneticky modifikované, majú bežný genóm žaby a pritom sú schopné vytvoriť niečo úplne iné ako žabu.
Pazúrnatka vodná (Xenopus laevis). Zdroj: iStockphoto.com
Michaela Levina fascinuje aj to, že nový organizmus vznikol tak rýchlo. „Nešlo o proces, pri ktorom by evolúcia hľadala novú formu státisíce rokov. Pozorovali sme ho na vlastné oči a odohral sa v priebehu dvoch – troch dní.“
Xenoboty dosahujú veľkosť štvrť až pol milimetra, nemajú nervové bunky ani mozog a po poškodení sa dokážu sami zregenerovať. Dokážu prežiť asi 10 dní bez jedla. Keď dostávajú cukor, je to aj dlhšie, hoci z neho nerastú. Keď sa zrania, sú schopné zahojiť sa. Navyše vedia vzájomne spolupracovať. Napríklad keď sa dostanú do oblasti posiatej malými časticami oxidu železa (v prírode je viac oxidov železa, napríklad hrdza – pozn. red.), pozametajú ho na kôpky.
Kde všade by sa dali použiť?
Článok v Science Daily vysvetľuje, že predtým, ako vedci kúsky kože oddelili od embryí, vpichli do nich mRNA kódujúcu proteín EosFP (zelenožltý fotokonvertibilný fluorescenčný proteín získaný z koralu Lobophyllia hemprichii – pozn. red.), vďaka čomu sú xenoboty schopné zachytiť veľmi slabú expozíciu modrého svetla a potom vyžarovať červené svetlo (v tom spočíva fotokonverzia – pozn. red.). Majú teda molekulárnu pamäť, čo by v budúcnosti mohli vedci využiť nielen na vyhľadávanie a zaznamenávanie svetla, ale aj prítomnosti rádioaktívnej kontaminácie, chemických znečisťujúcich látok, liekov alebo chorobného stavu.
Vďaka veľkosti 0,25 – 0,5 mm môžu xenoboty v rojoch plávať cez veľmi tenké trubice a prechádzať krivolakými bludiskami, napríklad krvným riečiskom. Teoreticky by sa dali naprogramovať tak, aby čistili oceány od mikroplastov alebo kontaminované pôdy. Podobne by mohli čistiť skôrnatené cievy, opravovať poškodené gény alebo tkanivá, dopravovať cez krvné riečisko lieky na potrebné miesto.
Vo videu z Tuftsovej univerzity môžete pozorovať, ako vedci oddelili bunky embryonálnej kože žiab a ako sa tie postupne premenili na xenoboty, ktoré dokážu prechádzať tenkými rúrkami aj čistiť špinavý povrch. Zdroj: YouTube
„Keby sme pochopili, ako motivovať bunky k tomu, aby vytvárali veľké útvary, v biomedicíne by sa dalo vyriešiť veľa problémov, napríklad vrodené chyby, preprogramovanie nádoru, starnutie, degeneratívne choroby, v podstate všetko okrem infekčných chorôb,“ hovorí Levin v rozhovore pre portál The Biologist. Dodáva, že pochopenie tohto procesu má obrovský význam aj pre robotiku. „Pýtame sa, ako dosiahnuť, aby roje týchto vhodných agentov spolupracovali pri dosahovaní rozsiahlych cieľov. A ako môžeme tomuto procesu nielen porozumieť, ale naučiť sa ho aj ovládať.“
Príroda má rôzne nástroje poznania
Keď Michal Levin hovorí o tkanivách, nazýva ich poznávacie systémy. Keď hovorí o bunkách, hovorí im poznávacie hybné činitele. Prečo? „Všetci veríme, že náš mozog a nervový systém sú sídlom poznania, ale faktom je, že pamäť, učenie, riešenie problémov a rozhodovanie vyvinula príroda oveľa skôr ako neuróny a mozgy. Dnes už vieme, že jednobunkové organizmy plesne, slizu, kvasiniek, rastlín či bakteriálnych biofilmov sú schopné prijímať rozhodnutia pre budúcnosť na základe minulých skúseností.“
Nie je to tak, že iba niektoré systémy v organizmoch majú poznávacie schopnosti a všetko ostatné sú iba biologické a chemické procesy. „Ak berieme evolúciu vážne, vidíme nepretržitú stupnicu rôznych nástrojov mysle, ktoré riešia rôzne problémy a majú rôzne výpočtové kapacity. Siahajú až k molekulárnym sieťam a možno ešte do obdobia, keď neexistovali bunky.“
Michael Levin hovorí, že dlhodobým cieľom jeho tímu je pochopiť, ako vedie správanie buniek k vzniku rôznych útvarov. „Myslím, že jedným zo spôsobov, ako dosiahnuť všeobecnú inteligenciu, je vycúvať z veľmi špecifickej architektúry mozgu a pýtať sa, ako sa všemožné skupiny buniek dokážu učiť a riešiť problémy popri tom, ako rastú a nadobúdajú svoju podobu.“
Zdroje: Science News, New Scientist, The Biologist
