ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І отримуй щотижневі новини науки і технологій

    Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

    Читати

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Повідомлення успішно надіслано

    Для пошуку
    введіть назву запису
    Біологія — 13.12.21
    ТЕКСТ: Олена Козар
    Ілюстрації: Каталіна Маєвська
    Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
    Ctrl+Enter.
    Медуза невмируща

    Професор біології Фредеріко Боеро з Університету Неаполя завжди цікавився медузами. І це не дивно, адже медузи – одні з найдавніших істот серед тих, які зараз населяють нашу планету. Вони плавають морями та океанами з докембрійської ери, тобто вже понад 500 мільйонів років1, і за цей час майже не змінилися.

     

    У 1980-х роках Фредеріко багато вивчав медуз Середземного моря на різних стадіях їхнього життєвого циклу. У дослідах йому допомагали студенти Крістіан Зоммер та Джорджо Бавестрелло2. Якось Крістіан приніс до лабораторії щойно зібрані зразки поліпів, які, на його думку, належали до виду Turritopsis nutricula. За якийсь час з поліпів, як і годиться, вилупилися маленькі медузи. А потім Крістіан забув про них. 

     

    Повернувшись після довгих вихідних, Крістіан помітив контейнер зі зразками та пригадав, що полишив малих медуз напризволяще. Очікуючи побачити, що медузи померли з голоду, Крістіан зазирнув у контейнер та з подивом виявив там поліпи. Це могло означати лише одне: медузи якось повернулися до попередньої стадії свого життєвого циклу. «Але ж так не буває, – подумав собі Крістіан, – це наче метелики, що перетворюються назад у лялечок». Тоді він почав вивчати медуз ретельніше. Виявилось, що вони насправді належали до виду Turritopsis dohrnii. Цей вид був відомий ще з дев’ятнадцятого сторіччя, але здатність медуз проходити свій життєвий цикл у зворотний бік стала справжньою науковою сенсацією.

    Крістіан Зоммер презентував своє відкриття на зустрічі Hydrozoan Society у 1992 році. Його доповідь викликала чимале здивування. Один зі слухачів, професор біології Фолькер Шмідт, навіть заявив, що такого не може бути. Тоді Крістіан разом з Фредеріко Боеро пішов до моря. Вони наловили ще декілька Turritopsis dohrnii та трохи поштрикали їх пінцетом, щоб створити стресову ситуацію. На очах Фолькера Шмідта медузи почали перетворюватися на поліпи.

     

    Після цього для сумнівів не лишилося місця, але відкрився широкий простір для майбутніх наукових досліджень. Фолькер Шмідт разом зі Стефано Пірайно заходилися вивчати клітинну структуру медуз, що здатні проживати свій життєвий цикл в обидва боки, а японський вчений Шін Кубота спромігся простежити кілька циклів перетворення медузи на поліп, а поліпа – на медузу.

     

    «Безсмертна істота» – так назвали відкриття Крістіана Зоммера в медіа. Сьогодні, майже сорок років по тому, обговорення медуз Turritopsis dohrnii триває. Згадки про них можна почути як у серіалах на кшталт «Теорії великого вибуху», так і в наукових публікаціях. Вчені припускають, що дослідження здатності цих медуз жити вічно може призвести до революційних змін у медицині. 

    Медуза, що живе туди й назад

     

    Медуза Turritopsis dohrnii – це крихітна істота, що мешкає у теплих водах Середземного та Карибського морів3. Завдовжки вона сягає не більше 5 міліметрів, тобто вона менша від нігтя вашого мізинця. Попри свій крихітний розмір, дорослі медузи можуть відростити близько 90 щупалець. Всередині прозорого тіла медузи чітко видніється яскраво-червоний шлунок. Turritopsis dohrnii харчуються маленькими молюсками, планктоном та ікрою риб. Самі медузи теж нерідко стають харчем більших хижаків — власне, це єдиний спосіб, у який медуза Turritopsis dohrnii все ж таки може померти. В інших випадках, коли медузи зазнають стресу – наприклад, пошкодження якогось зі щупалець або ж нестачу харчування – вони вдаються до свого унікального зворотного циклу.

     

    Більшість медуз має схожий життєвий цикл. Дорослі особини жіночої статі відкладають яйця, які запліднюють дорослі особини чоловічої статі. З яєць розвивається крихітна личинка, що називається планула. Морські течії відносять планули на дно, де ті починають формувати колонії. З колоній виростають поліпи, які згодом виділяють нових медуз, що дорослішають та повторюють цей життєвий цикл. На відміну від своїх родичів, медуза Turritopsis dohrnii у стресовій ситуації може оминути стадію запліднення та утворення личинок і відразу перетворитися на поліп4. За 24–36 годин з цього поліпа з’явиться не нова медуза, а генетична копія тої медузи, що незадовго до цього зазнала стресу. Так медузи Turritopsis dohrnii можуть прожити нескінченну кількість життєвих циклів, аж поки ними хтось не повечеряє.   

    Трансдиференціація

     

    Уявіть собі курку, що бігає подвір’ям. Зненацька з’являється сусідський пес, гарчить на курку, і та з переляку перетворюється на яйце. Саме такий фантастичний процес відбувається у водах Середземного моря. Адже організм медузи відрізняється4 від організму поліпа так само, як курка від яйця. Наприклад, у дорослої медузи є поперечносмугасті м’язові клітини та нервові кільця, яких немає у поліпа. Зі свого боку, поліп містить ектодермальні секреторні клітини, що утворюють твердий хітиновий шар та відсутні у желеподібних дорослих медуз. Для того, щоб медуза могла перетворитися на поліп, вона повинна якимось чином згенерувати інший набір клітин. 

     

    Спочатку вчені підозрювали, що головну роль у цьому процесі відіграють інтерстиціальні клітини. За своєю суттю, це стовбурові клітини медуз, що беруть участь у регенерації втрачених щупалець та інших частин тіла. Стовбурові клітини ‒ первинні клітини усіх багатоклітинних організмів, які можуть перетворюватися на інші спеціалізовані види клітин. Розрізняють ембріональні стовбурові клітини та стовбурові клітини дорослого організму. Ембріональні стовбурові клітини можуть перетворитися на всі необхідні спеціалізовані клітини організму. Стовбурові клітини дорослого організму мають обмежену здатність до диференціаціїДиференціація клітини ‒ набуття клітиною певного типу або фенотипу; перетворення клітини-попередника на спеціалізовану м’язову, кісткову, нервову або іншу клітину. та загалом беруть участь у відновленні пошкоджених клітин тіла.

     

    Проте коли вчені виокремили тканини медузи з інтерстиціальними клітинами, ті не змогли трансформуватися у клітини, що відповідають за створення хітинового шару поліпа. Водночас тканини, що не містили інтерстиціальних клітин, легко перетворювалися на клітини твердого поліпа. Тому вчені зробили висновок, що унікальний життєвий цикл медузи Turritopsis dohrnii відбувається не коштом стовбурових клітин як таких. Натомість звичайні соматичні клітиниСоматичні клітини – загальна назва усіх клітин багатоклітинного організму. До соматичних клітин не належать лише статеві клітини – гамети та гоноцити – а також ембріональні стовбурові клітини. Стовбурові клітини дорослої людини відносять до соматичних клітин. медузи можуть трансформуватися самі по собі. Цей процес називається трансдиференціація.  

     

    Трансдиференціація клітин – це перепрограмування структурної та функціональної експресії генів соматичних клітин в інші типи клітин. Інакше кажучи, м’язова клітина може перетворитися на секреторну або будь-яку іншу клітину. Цей процес схожий на диференціацію стовбурових клітин, який можна спостерігати в ембріонів усіх організмів, зокрема людей. У нашому випадку диференціація ембріональних стовбурових клітин йде в один бік: за рахунок активації певних генів вони назавжди перетворюють на м’язові, нервові або будь-які інші тканини тіла. У випадку з медузою Turritopsis dohrnii вже сформовані м’язові, нервові та інші клітини можуть трансформуватися у щось інше. Щобільше, для цієї трансформації їм не потрібно повертатися до стану стовбурової клітини. 

     

    Процес трансформації ембріональних стовбурових клітин вперше дослідили Ернест Маккаллох та Джеймс Тіл у 1960 році. Ця робота дала поштовх науковим дослідженням та відкрила нові горизонти в медицині. Наразі терапію стовбуровими клітинами активно вивчають. Адже здатність стовбурових клітин трансформуватися у понад 200 типів інших клітин може мати ключове значення у регенерації тканин та лікуванні різних захворювань, зокрема раку5

     

    Але така терапія може мати й потенційні ризики. До того ж використання ембріональних стовбурових клітин у медицині пов’язане з чималими етичними та моральними дилемами6. Найбільша з них – знищення ембріона внаслідок збирання стовбурових клітин. Ретельніше вивчення трансдиференціації може допомогти розв’язати цю проблему. Адже в тілі медузи вона відбувається без залучення ембріональних стовбурових клітин. На думку Юі Мацумото, дослідження унікальних процесів, що проходять у генах медузи Turritopsis dohrnii, може наблизити нас до розуміння природної трансдиференціації та суттєво розширити межі сучасної медицини7. Наразі клітини медузи Turritopsis dohrnii дуже погано вивчені, адже її складно зловити за межами Середземного моря та утримувати в лабораторії. Проте вже існують деякі цікаві дослідження. 

    Медузи та медицина

     

    Коли йдеться про медузу, що може жити вічно, на думку одразу ж спадають ідеї про омолодження або перемогу над старінням. Однак Марія Пія Мільєтта, професорка морської біології та еволюції, впевнена, що це останні питання, які розглядатимуть вчені. «Ніхто цим не займається, – каже Марія, – І навряд чи ці крихітні створіння відкриють нам секрет вічної молодості»8. Натомість Марія та декілька інших провідних вчених досліджують, як трансдиференціація у тілі медузи може застосовуватися у лікуванні серйозних захворювань.  

     

    Лікування раку

     

    Професор біології Стефано Пірайно вважає, що вивчення механізму трансдиференціації медузи Turritopsis dohrnii може допомогти нам лікувати ракові пухлини9. Як пояснює Пірайно, для ракових клітин характерна втрата функціональної активності та поступове зниження диференціювання. Така клітина починає безконтрольно ділитися, що призводить до появи більшої кількості клітин. Це те, що Стефано називає «розмноженням клітин без правил»10. Натомість під час трансдиференціації медуза Turritopsis dohrnii може «вимикати» певні гени. Отже, у неї існує такий собі «інструмент керування» клітинами. Трансдиференціація – це не відсутність правил, а природний механізм контролю над життям та диференціацією клітини. На думку Стефано, глибинне розуміння цього механізму може дозволити нам створити технологію, що так само керуватиме генами ракових клітин та сповільнюватиме їхнє хаотичне зростання.      

     

    Лікування нейродегенеративних захворювань

     

    Нейродегенеративні захворювання, як-от хвороба Альцгеймера чи хвороба Паркінсона, – це патологічні зміни в організмі, які призводять до руйнування нейронів та втрати когнітивних і фізіологічних функцій. Наразі лікарі можуть полегшувати перебіг захворювання, але не можуть його вилікувати. 

     

    На сьогодні існує чимало досліджень11, які вивчають застосування трансдиференціації у лікуванні нейродегенеративних хвороб. Так, наприклад, вченим вже вдалося перепрограмувати соматичні клітини на нейрони. Вони трансформували фібробласти – клітини сполучної тканини – мишей і людей у різні типи нейронів. Перепрограмовані клітини можна трансплантувати пацієнтові та поновити кількість нейронів, зруйнованих нейродегенеративною хворобою. У межах клінічного дослідження таку процедуру12 вже провели в Японії у 2018 році, пересадивши пацієнтові з хворобою Паркінсона штучно виведені нейрони. Операція пройшла успішно, у пацієнта не виявили серйозних ускладнень, тому науковці розширюють своє дослідження із залученням пацієнтів з Японії та Сполучених Штатів13. Але ми ще далекі від широкого застосування таких операцій. Адже виведені в лабораторії нейрони погано виживають під час трансплантації, до того ж вчені побоюються, що вони можуть розростатися у пухлини після пересадки. 

     

    Але це не означає, що трансдиференціація більше нічим не може зарадити. Наразі виникають перспективніші перепрограмування, які трансформують фібробласти не у нейрони, а у нейронні клітини-попередники, що мають вищі шанси успішно прижитися в організмі. До того ж є ймовірність, що, вивчаючи істот на кшталт медузи Turritopsis dohrnii, вчені зможуть відтворити процес трансдиференціації не в пробірці, а безпосередньо в тілі людини. Тоді заміна зруйнованих нейронів може максимально наблизитись до природної.

     

    Лікування серцево-судинних захворювань

     

    Серцево-судинні захворювання залишаються найбільш поширеною причиною смерті у світі. Тож не дивно, що дослідження трансдиференціації у цій сфері відбуваються досить активно. З 2010-х років вченим вдавалося успішно перетворювати соматичні клітини на штучні стовбурові клітини, а ті – на кардіоміоцити (клітини, що змушують наші серця битися). Цей метод починають використовувати14 в лікуванні різних серцево-судинних захворювань, як-от синдрому подовженого інтервалу QT. Але в такого методу є недолік. Він займає багато часу – 2–3 місяці. Наразі вчені намагаються відтворити процес, що відбувається в організмі крихітної Turritopsis dohrnii. Тобто змусити фібробласти одразу перетворюватися на кардіоміоцити, оминаючи стадію стовбурових клітин. Ї-Донгу Фу та Діпаку Шрівацаві вже вдалося це зробити в лабораторних умовах, тож у майбутньому ми можемо побачити революційний метод лікування серцево-судинних захворювань15

     

    Найімовірніше, медузи Turritopsis dohrnii, що плавають у теплих Середземних водах, ніколи не допоможуть нам перетворитися на бенджамінів баттонів або жити вічно. Проте їхній унікальний життєвий цикл та здатність клітин до трансдиференціації відкривають неабиякий простір для медичних досліджень. Тож, можливо, одного дня ми зможемо сказати, що крихітна медуза з Середземного моря допомогла нам одержати перемогу над страшними хворобами. 

    ТЕКСТ: Олена Козар
    Ілюстрації: Каталіна Маєвська
    Статті
    Промо
    Проєкт інтелект. Воєнний сезон. Епізод 5: NFT та Україна

    Чи можна написати «Проєкт інтелект» на гривні й продати за мільйони доларів як NFT?

    Людина
    Від батька до сина: що таке генеалогія і як досліджувати свій рід

    Що таке ДНК-генеалогія і як далеко кожний з нас може просунутися у вивченні свого роду?

    Наука
    Екологічно чиста отрута: уривок з книжки «Зоологічна екскурсія супермаркетом»

    Чому краще утриматися від «дикого» промислу морепродуктів, особливо у водоймах, де цвіте вода?

    Наука
    Передумови приходу диктаторів до влади: Італія, Німеччина, РФ

    Що стало передумовами приходу диктаторів до влади на прикладі фашистської Італії, нацистської Німеччини та путінської росії? Розповідає співавтор і ведучий каналу «Історія Без Міфів» Владлен Мараєв.

    Людина
    Як кожен з нас може подякувати військовим і допомогти їм з адаптацією

    Як змінюється світосприйняття військових і що ми можемо зробити, аби висловити їм вдячність і допомогти в адаптації до мирного життя?

    Біологія
    Не тільки в історії. Який слід залишить війна в наших генах

    Як війни, голод та важкі психологічні травми залишають слід у геномі людини й чи можемо ми на це якось повпливати?