Axolotler er vandlevende salamandre med ekstraordinære regenerative evner. Billede: IMP
Sød og gådefulde axolotl er i stand til at genskabe mange forskellige dele af kroppen, herunder lemmer, organer, og endda dele af sin hjerne. Forskerne håber, at en dybere forståelse af disse ekstraordinære evner kunne hjælpe med at gøre denne form for væv regenerering muligt for mennesker. Med nyheder i dag af den første komplette axolotl genom, forskere kan nu endelig komme ned til erhvervslivet med at optrævle disse mysterier.
Axolotler er små hvirvelløse salamandere, hvis eneste oprindelige levested er en sø i nærheden af Mexico City. Mange dyr som frøer, sø-stjerner, og fladorme, er i stand til væv regenerering, men axolotl er unikke i, at det kan regenerere mange forskellige dele af kroppen i løbet af hele sin livscyklus, herunder arme og ben, hale, hjerte, lunger, øjne, rygmarven og op til halvdelen af sin hjerne.
I en videnskabelig første forskere fra University of Kentucky har samlet de axolotl genom, som blev offentliggjort i dag i Genom-Forskning. På sin egen, som lyder måske ikke så imponerende, som mange dyr, der har haft deres sekventeret genomer i de seneste år. Men overvej størrelse og kompleksiteten af den axolotl genom, som består af 32 gigabases, eller 32 milliarder basepar.
“Axolotl genom er 10 gange større end det menneskelige genom og er opdelt i 14 kromosomer. Tænk på det som et stort billede puslespil bord, hvor det ultimative mål er at skabe 14 store billeder fra de enkelte stykker af puslespillet,” Prayag Murawala, en genetiker på den Forskning, institut for Molekylær Patologi i Wien, som ikke var involveret i den nye undersøgelse, fortalte Gizmodo. “Byggesten af disse 14 gåder kan være fremstillet af forskellige sequencing teknologier. Men sekventering resultater ikke fortælle dig, hvor hver byggesten, der hører til.”
Ja, tidligere arbejde i axolotl genom har givet en enorm mængde genetiske data, men udfordringen har været korrekt at placere hver puslespil blokken i den rette placering. Et genom skal samles i den rigtige rækkefølge for forskere til virkelig at forstå, hvordan det virker.
Billede: AP
Genom-sekventering og montering er iterative processer, ifølge Randal Voss co-hovedforfatter på det nye studie, og en professor på University of Kentucky ‘ s rygmarv og Hjerne Skade Research Center. Sidste år, at hans hold nåede til et punkt, hvor de havde et overskueligt antal brikker at arbejde med, omkring 125.000 store bidder af DNA, men de er stadig nødt til at organisere disse stykker i 14 ekstremt lange lineære DNA-puslespil.
“Vi gjorde dette ved hjælp af en af de mest grundlæggende begreber i genetik—kobling kortlægning,” Voss fortalte Gizmodo. “Hvis du synes, at stykker af DNA, der har tendens til at nedarves sammen, så skal de kort i nærheden af hinanden.”
For at gøre det genetisk koblingsanalyse, Voss, der anvendes væv, der blev genereret og frosset for 18 år siden, ved at krydse axolotler at tiger salamandre. Det tog ham tre år at udføre disse krydsninger. Den første generation krydser blev foretaget i 1997, og den anden generation krydser blev lavet i 2000. Ved hjælp af disse krydsninger, Voss, med undersøgelse af co-lead author Jeramiah Smith, der er identificeret genomiske regioner—i den sammenhæng kortlægning forstand—til at forklare visse aspekter af axolotl vækst og udvikling. Andre genetiske kortlægning undersøgelser fortsatte i de næste mange år.
“Hurtigt frem til 2015, Jeramiah… havde den smarte idé at undersøge DNA fra personer, der af disse krydsninger,” Voss forklarede, “og bygge en genom-kort, der tillod bestilling af omkring 125.000 store DNA-stykker i hele kromosomer. Det virkede!”
Nu, at forskerne har en næsten komplet axolotl genom—den nye forsamling kræver stadig en smule af fine-tuning (mere om det i en bit)—de, sammen med andre, kan nu gå om at arbejdet med at identificere de gener der er ansvarlige for axolotl væv regenerering. Ved at gøre det, forskerne kan i sidste ende være i stand til at regenerere væv hos mennesker, lette lemmer og hud genvækst, rygmarv reparation, og orgel healing. Dette er ingen tomgang spekulation; undersøgelsen blev finansieret af det AMERIKANSKE National Institutes of Health og det AMERIKANSKE Department of Defense.
“Vi har brug for alle de data, til at begynde at forstå, hvordan salamandre er i stand til at regenerere væv,” sagde Voss. “DOD er interesseret i at opretholde den axolotl til regenerativ medicin forskning, givet dens løfte om at afsløre, regenerativ reparation behandlinger til finger og hånd skader i kamp. Det løfte er nu realiseret med en komplet genom forsamling.”
Murawala er særlig begejstrede for potentialet for hjerte-relaterede opdagelser.
“Axolotler er kendt for deres evne til at regenerere deres hjerter,” sagde han til Gizmodo. “Man kan skære op til 30 procent af sit hjerte, og de helbrede deres hjerte uden fejl eller ardannelse.”
I løbet af deres forskning, Voss og Smith opdagede et mutant axolotl, der var ude af stand til at reparere sit hjerte. Dette førte til identifikation af en mutation i sin tnnt2 gen. Identifikation af genet, sammen med andre, der kræves for axolotl generation, vil i fremtiden gøre det muligt for forskerne at identificere “regenerativ vejspærringer i pattedyr,” i ord Murawala.
“Som en axolotl forskning fællesskabet, bør vi alle være glade for det aktuelle arbejde, fordi det er en ressource, som vi alle kan bruge i vores biologiske undersøgelser.”
Jessica Kalket, en assisterende professor ved Harvard University ‘ s Afdeling af Stamceller og Regenerativ Biologi, beskrevet de nye arbejde som en “skelsættende undersøgelse”, der, på sin egen, er en værdifuld ressource, men fungerer også som en vigtig proof-of-concept for genetik forskning i axolotler.
“Her, de har gjort et fysisk kort, der vedrører mange steder i genomet til et andet, identificere, for eksempel, hvilke gener, der er placeret på samme kromosom og ca hvor langt fra hinanden de ligger der,” Kalket fortalte Gizmodo. “Det er sandsynligt, at en øget opløsning vil komme med yderligere anvendelse af disse teknikker. Men, som en axolotl forskning fællesskabet, bør vi alle være glade for det aktuelle arbejde, fordi det er en ressource, som vi alle kan bruge i vores biologiske undersøgelser.”
Som nævnt, genom-sekventering og montering er en iterativ proces, så der er stadig arbejde, der skal gøres. Opbygningen af et kromosom niveau forsamling for axolotl er en stor bedrift, ingen tvivl om det, men Voss og hans kolleger er nu på udkig til det næste skridt, som er at gøre samlingen endnu bedre.
Naturen er fantastisk, og det er allerede løst en masse problemer for os. Vi er bare nødt til at finde ud af nødder-n-bolte af det hele. I sidste ende, væv regenerering i mennesker ikke kan arbejde præcis som det gør i salamandre, men hvis vi kan udnytte det på en bred vej, vil det være et paradigmeskift for medicin.
[Genom Forskning]
Dele Denne Historie