Замечательно то, как они это сделали. Одна группа головастиков, лишенных хвоста, выращивалась в емкости, освещавшейся короткими вспышками света на протяжении двух дней; другая – жила в полной темноте. В результате у головастиков первой группы восстановилась полноценная хвостовая ткань, включая структуры позвоночника, мышц, нервных окончаний и кожи. Головастики второй преодолеть последствия ампутации не смогли, как и положено в их возрасте.

Если это похоже на фокус, то лишь отчасти. Чтобы разобраться, почему так случилось, нужно пояснить принцип, лежащий в основе эксперимента. Действительно, всех животных, находящихся на одной стадии жизненного цикла, подвергли идентичным манипуляциям. Единственное, что отличало две группы, – наличие или отсутствие освещения. Однако свет не был истинной причиной произошедших изменений. Он служил дистанционным переключателем, приводившим в действие фактор, который (не совсем понятным образом) запускал процесс регенерации. В качестве такого фактора выступала гиперполяризация трансмембранных потенциалов клеток; или проще – биоэлектричество.

Оптогенетика позволяет построить эксперимент сравнительно просто. Молекулы мРНК светочувствительного белка архерходопсина инъекцией вводились в головастиков. Это привело к тому, что спустя некоторое время на поверхности обычных клеток, находящихся в толще ткани, появились «белки-насосы». При условии стимуляции светом (и только в этом случае) они индуцировали ток ионов через мембрану, изменяя тем самым ее электрический потенциал.

По существу, помимо мембранных насосов, активируемых светом, ученые в помощь головастикам ничего не предложили. Однако одного лишь воздействия на электрические свойства клеток оказалось достаточно, чтобы запустить в организме сложный каскад регенерационных процессов. В свою очередь, благодаря оптогенетике вызвать эти изменения извне проще простого, нужно лишь посветить на головастика.

Регенерация остается одной из главных загадок биологии. В 2005 году журнал Science включил в число 25 важнейших проблем, стоящих перед наукой, следующий вопрос: What Controls Organ Regeneration? К сожалению, ученым пока не удается до конца разобраться, почему одни животные на любом этапе своей жизни свободно восстанавливают утраченные части тела, тогда как другие теряют эту способность навсегда. Когда-то ваш организм знал, как вырастить глаз или руку.

Это было давно, в самом начале жизни в качестве эмбриона. Специалистов интересует, куда пропадает это знание и можно ли возродить его вновь у взрослого человека. В настоящий момент поиски большинства биологов сосредоточены в основном вокруг экспрессии генов или химических сигналов. В лаборатории Майкла Левина ответ на загадку регенерации надеются обнаружить в другом феномене, биоэлектричестве, и эти надежды, по всей видимости, не лишены оснований.

То, что в живом организме присутствуют электрические токи, известно со времен опытов Гальвани. Однако мало кто изучал их влияние на развитие так пристально, как это делает Левин. Биоэлектричество давно имело шанс стать достойной темой экспериментов, но молекулярная революция в биологии второй половины ХХ века вытеснила исследовательский интерес к этому вопросу на периферию науки.

Левин, придя из сферы компьютерного моделирования и генетики, привлекая к работе самые современные методы, отсутствовавшие у предшественников, фактически возвращает это направление в биологический мейнстрим. В основе его энтузиазма лежит убеждение, что электричество представляет собой базовое физическое явление, и эволюция не могла не задействовать его в фундаментальных процессах, таких как развитие организма.

Изменяя трансмембранный потенциал клеток, ученый может дать команду тканям головастика вырастить глаз в заранее определенном участке тела. На стене его лаборатории висит фотография шестиногой лягушки. Дополнительные конечности появились у нее исключительно вследствие воздействия на электрические биотоки. В отличие от нейронов, обычные клетки не способны возбуждаться, но могут последовательно передавать сигналы практически по всему организму через щелевые контакты. Если у планарии, крошечного червя, умеющего регенерировать, отрезать хвостовую часть, из области надреза пойдет запрос к голове, дабы убедиться, что она на месте. Блокируйте передачу этой информации, и вместо положенного хвоста вырастет голова. 

Комментарии закрыты.