Berita ilmiah yang penting: ahli biologi dari Tufts University (USA) berjaya mengembalikan keupayaan untuk menjana semula tisu ekor di berudu.
Pekerjaan semacam itu dapat dianggap biasa, jika tidak untuk satu keadaan: hasilnya dicapai dengan cara yang tidak sepele, menggunakan optogenetik, yang didasarkan pada pengendalian aktiviti sel dengan bantuan cahaya.
Matlamat utama semua kajian tersebut adalah untuk menemui mekanisme semula jadi yang mengawal pembaikan bahagian tubuh dan belajar bagaimana menghidupkannya pada manusia. Berudu sempurna untuk tugas ini, karena pada tahap awal pengembangan mereka memiliki kemampuan untuk menggantikan anggota badan yang hilang, tetapi kemudian mereka tiba-tiba kehilangannya. Sekiranya anda memotong ekor individu yang telah memasuki tempoh tahan api yang disebut, mereka tidak lagi dapat menumbuhkannya semula.
Sistem dalaman yang mengawal pertumbuhan semula masih ada di dalam badan mereka, tetapi atas sebab tertentu ia dihentikan. Michael Levin dan rakan-rakannya membuat mereka bekerja semula, dengan berkesan mengubah masa fisiologi kembali.
Cara mereka melakukannya sangat bagus. Satu kumpulan berudu tanpa wayar dinaikkan di dalam bekas yang diterangi cahaya kilat pendek selama dua hari; yang lain hidup dalam kegelapan sepenuhnya. Akibatnya, berudu kumpulan pertama memulihkan tisu ekor penuh, termasuk struktur tulang belakang, otot, ujung saraf, dan kulit. Berudu kedua tidak dapat mengatasi akibat amputasi, sebagaimana seharusnya pada usia mereka.
Sekiranya ia terdengar seperti muslihat, itu hanya sebahagiannya. Untuk memahami mengapa ini berlaku, anda perlu menjelaskan prinsip yang mendasari percubaan. Sesungguhnya, semua haiwan pada tahap yang sama dari kitaran hidup mengalami manipulasi yang serupa. Satu-satunya perkara yang membezakan kedua-dua kumpulan adalah kehadiran atau ketiadaan pencahayaan. Namun, cahaya bukanlah penyebab sebenar perubahan itu. Ia berfungsi sebagai suis jarak jauh, mengaktifkan faktor yang (tidak sepenuhnya jelas) mencetuskan proses regenerasi. Faktor sedemikian adalah hiperpolarisasi potensi transmembran sel; atau, lebih ringkasnya, bioelektrik.
Optogenetik menjadikannya agak mudah untuk merancang eksperimen. Molekul mRNA protein archerhodopsin fotosensitif disuntik ke dalam berudu. Ini menyebabkan fakta bahawa setelah beberapa saat di permukaan sel biasa yang terletak di ketebalan tisu, "protein pam" muncul. Di bawah keadaan rangsangan dengan cahaya (dan hanya dalam hal ini), mereka menyebabkan arus ion melalui membran, sehingga mengubah potensi elektriknya.
Sebenarnya, selain daripada pam membran yang diaktifkan cahaya, para saintis tidak menawarkan apa-apa untuk membantu berudu. Namun, hanya satu kesan pada sifat elektrik sel sudah cukup untuk mencetuskan proses regenerasi kompleks dalam badan. Sebaliknya, terima kasih kepada optogenetik, semudah mengupas pir menyebabkan perubahan ini dari luar, anda hanya perlu menyinari berudu.
Video promosi:
Penjanaan semula tetap menjadi salah satu misteri utama biologi. Pada tahun 2005, majalah Science memasukkan soalan berikut di antara 25 masalah terpenting yang dihadapi sains: Apa yang Mengawal Regenerasi Organ? Malangnya, para saintis belum dapat memahami sepenuhnya mengapa sebilangan haiwan di mana-mana peringkat hidup mereka dengan bebas mengembalikan bahagian tubuh yang hilang, sementara yang lain kehilangan kemampuan ini selamanya. Suatu ketika dahulu, badan anda tahu bagaimana menumbuhkan mata atau lengan.
Sudah lama dahulu, pada awal kehidupan sebagai embrio. Pakar berminat di mana pengetahuan ini hilang dan adakah mungkin untuk menghidupkannya semula pada orang dewasa. Pada masa ini, pencarian kebanyakan ahli biologi tertumpu terutamanya pada ekspresi gen atau isyarat kimia. Makmal Michael Levin berharap dapat menemukan jawaban teka-teki pertumbuhan semula dalam fenomena lain, bioelektrik, dan harapan ini nampaknya tidak tanpa asas.
Fakta bahawa arus elektrik terdapat dalam organisma hidup telah diketahui sejak zaman percubaan Galvani. Namun, hanya sedikit yang mengkaji kesannya terhadap pembangunan sedekat yang dilakukan oleh Lewin. Bioelektrik telah lama berpeluang menjadi topik eksperimen yang layak, tetapi revolusi molekul dalam biologi pada separuh kedua abad ke-20 mendorong minat penyelidikan dalam isu ini ke pinggiran sains.
Levin, yang berasal dari bidang pemodelan komputer dan genetik, menggunakan kaedah paling moden yang tidak ada pada pendahulunya, sebenarnya mengembalikan arah ini ke arus utama biologi. Kesungguhannya didasarkan pada kepercayaan bahawa elektrik adalah fenomena fizikal asas, dan evolusi tidak dapat membantu tetapi menggunakannya dalam proses asas seperti pengembangan organisma.
Dengan mengubah potensi transmembran sel, saintis dapat mengarahkan tisu berudu tumbuh mata di kawasan yang telah ditentukan tubuh. Gambar katak berkaki enam tergantung di dinding makmalnya. Anggota badan tambahan muncul pada dirinya semata-mata akibat pendedahan kepada arus elektrik. Tidak seperti neuron, sel-sel biasa tidak mampu melepaskan tembakan, tetapi mereka secara konsisten dapat menghantar isyarat ke seluruh badan melalui persimpangan celah. Sekiranya seorang planarian, cacing kecil yang dapat tumbuh semula, ekornya terputus, permintaan akan dikirim ke kepala dari daerah potong untuk memastikannya ada di tempat. Sekat penghantaran maklumat ini, dan kepala akan tumbuh dan bukannya ekor yang dimaksudkan.
Dengan memanipulasi pelbagai saluran ion yang menentukan sifat elektrik sel, saintis dalam eksperimen mereka menghasilkan cacing dengan dua kepala, dua ekor, dan juga cacing dengan reka bentuk yang tidak biasa dengan empat kepala. Levin mengatakan bahawa dia hampir selalu diberitahu bahawa ideanya tidak boleh berfungsi. Dia bergantung pada intuisi, dan dalam kebanyakan kes itu tidak gagal.
Dari percubaan ini masih jauh dari pengetahuan penuh tentang cara memulihkan anggota badan pada seseorang. Walaupun orang kurang upaya hanya boleh bergantung pada peningkatan prostesis. Walau bagaimanapun, makmal unik di Tufts University mencari sesuatu yang lebih mendasar: seperti kod genetik, Levin percaya, mesti ada kod bioelektrik yang menghubungkan kecerunan dan dinamika ketegangan membran dengan struktur anatomi.
Setelah memahaminya, bukan sahaja dapat mengawal pertumbuhan semula, tetapi juga mempengaruhi pertumbuhan tumor. Levin melihatnya sebagai akibat kehilangan maklumat mengenai bentuk organisma oleh sel, dan kajian mengenai masalah barah adalah salah satu tugas makmalnya. Seperti yang sering terjadi, proses yang kelihatan berbeza dapat memiliki satu sifat.
Sekiranya kod bioelektrik benar-benar berada di belakang pembinaan pelbagai organ tubuh, penyelesaiannya dapat menjelaskan dua masalah terpenting yang dihadapi manusia sekaligus.
