Яблочные улитки (Pomacea canaliculata) способны восстанавливать свои глаза, если они повреждены или ампутированы. Учёные из Института медицинских исследований Стоуэрса выяснили, что для этого улитки используют необычные механизмы, которые могут помочь в разработке подобных методов и для человека.
Описание яблочных улиток
В некоторых частях Соединённых Штатов яблочные улитки считаются инвазивным видом. Эти улитки длиной от двух до трёх дюймов родом из Южной Америки, особенно из Бразилии и Аргентины. Они попали в Северную Америку, Европу и Азию через аквариумную торговлю и случайно в последние годы, где могут представлять угрозу для местной экосистемы. По данным Института инвазивных видов Техаса, ущерб от улиток на неконтролируемых полях может достигать 100% для рассады риса на стадии прорастания.
«Интересно, что те же черты, которые делают их инвазивными вредителями, также делают их отличными лабораторными животными», — говорит Алиса Аккорси, соавтор исследования и биолог развития, которая в настоящее время работает в Калифорнийском университете в Дэвисе. «Они устойчивы, быстро растут, обильно размножаются. У них также прямое развитие без личиночной стадии или метаморфоза, что упрощает их жизненный цикл для экспериментальной работы».
Исследование регенерации глаз
Исследователи изучили ген, который играет решающую роль в развитии глаз у позвоночных и плодовых мушек (называемый pax6), который также присутствует у яблочных улиток.
«С появлением технологии CRISPR мы теперь можем манипулировать генами у этого вида. Это включало целенаправленное нарушение функции гена pax6, важного регулятора развития и регенерации глаз», — объясняет Санчес Альварадо.
Яблочным улиткам требуется около 28 дней, чтобы регенерировать свои глаза, от начальной ампутации до полного восстановления. Этот процесс включает четыре отдельных этапа: заживление раны, формирование специальной клеточной массы, появление хрусталика и сетчатки и созревание всех компонентов глаза.
Все позвоночные (включая людей) могут выполнять только первый этап заживления ран. Теперь исследователи пытаются выяснить, где именно регенерация и развитие расходятся, и пытаются определить, какой генетический переключатель используют улитки для запуска нового развития глаза.
Редактирование генов глаз
В новом исследовании команда использовала CRISPR-редактирование генов, чтобы нарушить функцию гена pax6. Новая линия улиток, созданная с отредактированными генами, была здорова, но у неё не было глаз.
На каждом этапе регенерации глаз команда собирала и анализировала активность генов. Эти данные о времени экспрессии генов теперь могут помочь сузить круг генов, которые наиболее перспективны для регенерации глаз.
«Что меня больше всего удивило в этом исследовании, так это то, насколько быстрой, точной и воспроизводимой является регенерация глаз у этих улиток», — говорит Аккорси. «После удаления всего глаза первые признаки отрастания появляются менее чем через две недели, а новый глаз со всеми его компонентами восстанавливается менее чем за месяц».
Их молекулярные исследования также показали, что многие из тех же генов участвуют в построении глаз как у улиток, так и у людей. Хотя они эволюционировали независимо, Аккорси говорит, что это демонстрирует, что в природе может быть много способов построить глаз.
«Фундаментальные генетические строительные блоки являются общими для очень разных видов (людей и улиток)», — добавляет она.
Природные «эксперименты» эволюции
По словам команды, понимание того, как этот процесс работает на молекулярном уровне, имеет применение в нескольких областях. Один из наиболее непосредственных результатов — это лучшее понимание того, почему люди и позвоночные животные с трудом регенерируют сложные структуры, такие как глазные яблоки. Помимо глаз, яблочные улитки могут также служить модельным организмом для изучения регенерации тканей.
Это также имеет некоторые потенциальные терапевтические применения. Такие гены, как pax6, могут играть аналогичные роли у многих животных, поэтому результаты этого исследования могут помочь разработать методы лечения, которые защищают здоровье глаз и однажды будут способствовать восстановлению или регенерации глаз у человека.
«Понимание того, как некоторые животные могут регенерировать сложные глаза (и какие гены задействованы), однажды может стать основой для терапевтических подходов при травмах глаз у человека или дегенеративных заболеваниях, таких как дистрофия роговицы или дегенерация желтого пятна», — говорит Санчес Альварадо.
Подобные исследования также подчёркивают важность изучения широкого спектра организмов для совершения новых открытий.
«Природа уже провела несколько «экспериментов» в ходе эволюции, и, изучая, как разные виды решают схожие биологические задачи, мы часто обнаруживаем, что существует более одного способа достижения того же результата», — говорит Аккорси. «Раскрытие этих разнообразных стратегий может открыть совершенно новые перспективы в понимании — и, в конечном итоге, лечении — нашего собственного тела».