8 دقیقه
کرمهای صافتن (توربلاریا و دیگر گروه‌ها) از مدت‌ها پیش در آزمایشگاه‌های زیست‌شناسی به‌عنوان ستاره‌های بازسازی شناخته شده‌اند — اگر یک کرم را دو نیم کنید معمولاً دو حیوان کامل به‌دست می‌آید. اکنون پژوهشگرانی که روی گونه Stenostomum brevipharyngium کار می‌کنند، ناهنجاری طبیعی شگفت‌انگیزی را گزارش کرده‌اند: نمونه‌هایی که در هر دو سر خود سر رشد می‌دهند و نسل‌های آنها میتوانند جهتگیری یا محور بدن خود را وارونه کنند. این کشف نور جدیدی بر انعطافپذیری در الگوی‌بندی بدن (body patterning) می‌افکند و سوالات تازه‌ای درباره نحوه «حفظ» یا «به یاد داشتن» جهتگیری بافتها مطرح میسازد.
پیچ‌خوردگی تکاملی غیرمنتظره در کرمهای تولیدمثل غیرجنسی
زیست‌شناسان جانوری دانشگاه ورشو، کاتارزینا تراتکیویچ و لودویک گاسیوروفسکی، نمونههای دو‌سری را در گونه‌ای مستندسازی کردند که معمولاً از طریق جوانهزنی (budding) تولیدمثل می‌کند: یک کلون از خط میانی والد شکل می‌گیرد و ابتدا یک سر رشد می‌کند و سپس بقیهٔ بدن دنبال می‌شود. در برخی موارد نادر، به‌جای اینکه در عقب موجود جدید دم تشکیل شود، سر دوم پدیدار شد و موجودی با دو سر طبیعی در جمعیت دیده شد.
شاید این موضوع شبیه یک «حقه» آزمایشگاهی به‌نظر برسد — و واقعاً گاهی میتواند چنین باشد. آزمایش‌های پیشین با استفاده از سیگنالهای bioelectric یا دستکاری مولکولی توانسته‌اند عمداً کرمهای صافتن را وادار کنند تا دو سر یا دو دم بسازند. اما این بار مورفولوژی دو سر بهصورت خودبهخودی و در جمعیت وحشیِ نرمال ظاهر شد و وقتی دانشمندان این کرمهای جهش‌یافته را به قطعات تقسیم کردند، شگفتی‌های بیشتری آشکار شد.
بازسازی که قطب‌نمای داخلی بدن را وارونه می‌کند
هنگامی که کرمهای دو سر قطعه‌قطعه شدند، هر سر در انتهای مخالف یک دم جدید بازسازی کرد. نکتهٔ مهم این بود که آن دم‌های تازه تشکیل‌شده شامل اندام‌های تناسلی کاملاً عملکردی بودند؛ یعنی بعضی از نسل‌ها عملاً موقعیت سر و دم را نسبت به محور اولیه بدن حیوان جابه‌جا کرده بودند. در عمل، سلولهای میانی این کرمهای «واژگون» یک جهتگیری محور متفاوت نسبت به سلولهای انتهایی داشتند.
طبق گزارش نویسندگان در نشریه Proceedings of the Royal Society B، «به‌طور مؤثر، چنین بازسازی‌ای اجازه میدهد که قطبیت محور بدنی بهصورت پایدار معکوس شود بدون اینکه بقای حیوان یا توانایی آن در تولیدمثل مختل گردد.» به بیان دیگر، با وجود بازآرایی چشمگیر قطبیت آناتومیک، این جانوران به تغذیه، تولیدمثل و حفظ عملکردهای پایهٔ فیزیولوژیک ادامه دادند؛ امری که نشاندهنده انعطافپذیری زیستی و تطابقی در پلان بدنی آن‌هاست.
چگونه سلولهای بنیادی پرتوان میتوانند امکان این انعطاف را فراهم کنند
پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که این درجهٔ شدید از پلاستیسیته ممکن است به‌خاطر حضور یک ذخیرهٔ سلول بنیادی بالغ پرتوان (pluripotent adult stem cells) در کرمهای صافتن باشد که قادرند در طول نوسازی مداوم بافتها هر نوع سلولی را تولید کنند. این پرتوانی اجازهٔ بازسازی دینامیک اندام‌ها را میدهد و احتمالاً نشانگرهای جهتگیری صِرف (orientation markers) را هنگام بازسازی بافتها در فرایند جوانهزنی یا پس از آسیب پاک یا بازنویسی می‌کند.
تراتکیویچ و گاسیوروفسکی می‌نویسند: «این واقعیت که کرمها توانستند فیزیولوژی عادی را از سر بگیرند، علی‌رغم وارونگی سیستم‌های حیاتی نسبت به سرهایشان، نشانگر انعطافپذیری فیزیولوژیک فوق‌العاده در پلان بدنی آنها است.» آنها پیشنهاد می‌کنند که یا سادگی ساختار اندامی، یا بازسازی فعال توسط سلولهای بنیادی — یا ترکیبی از هر دو — امکان چنین وارونگی‌هایی را فراهم می‌آورد. این نکته از منظر زیست‌شناسی بازسازی (regenerative biology) و مهندسی بافت (tissue engineering) اهمیت دارد، زیرا نشان میدهد چگونه بافتهای بالغ شاید بتوانند هویت محلی و محور خود را بازتعریف یا بازنویسی کنند.
چرایی اهمیت این یافته برای زیست‌شناسی بازسازی
دانشمندان کرمهای صافتن را مطالعه می‌کنند زیرا توانایی‌های بازسازی آنها بینش‌هایی درباره شکل‌گیری الگوها (pattern formation)، رفتار سلولهای بنیادی و نقش سیگنالهای بیوالکتریکی فراهم می‌آورد — همهٔ این‌ها میتواند پیامدهای ترجمه‌ای (translational relevance) داشته باشد. فهم اینکه چگونه یک موجود میتواند محور داخلی خود را وارونه کند و همچنان به‌طور عادی کار کند، برخی فرضیات ما دربارهٔ نقشه‌های بدنی ثابت را به چالش می‌کشد و ممکن است به استراتژی‌های مهندسی بافت کمک کند که نیاز دارند پس از آسیب جهتگیری بافت را مجدداً برقرار کنند.
از منظر علوم پایه، این کشف سوالات مکانیستی متعددی را مطرح می‌کند: چه نشانگرهای مولکولی محور (molecular cues) جهتگیری را در بافتهای بالغ علامت‌گذاری می‌کنند؟ این نشانگرها چگونه در طول جوانهزنی و بازسازی حفظ یا بازتنظیم می‌شوند؟ میدان‌های بیوالکتریکی چه نقشی در تثبیت هویت سر-درمقابل-دم (head-versus-tail identity) دارند و آیا می‌توان با کنترل این میدان‌ها محور بدن را برنامه‌ریزی مجدد کرد؟ پاسخ به این پرسش‌ها میتواند به تعریف شبکهٔ سیگنالینگ مولکولی کمک کند که محور را مشخص و نگهداری می‌کند، از جمله مسیرهای تنظیم‌کنندهٔ Wnt/β-catenin، FGF، Notch و دیگر فاکتورهای توسعهای که در گونه‌های مدل بازسازی‌شونده نقش شناخته‌شده‌ای دارند.
پیامدها و جهت‌گیری‌های آینده پژوهش
آزمایش‌های آینده میتوانند الگوهای بیان ژن را نقشه‌برداری کنند، تبارشناسی سلولهای بنیادی را دنبال کنند و سیگنالهای بیوالکتریکی یا بیوشیمیایی را در طول جوانهزنی دستکاری نمایند تا مشخص شود چه زمانی و چگونه اطلاعات محور تثبیت یا قابل‌برگشت می‌شود. کار مقایسه‌ای بین گونه‌های مختلف صاف‌تنان ممکن است آشکار کند که آیا این انعطافپذیری ویژهٔ Stenostomum brevipharyngium است یا در میان بی‌مهرگان دارای توان بازسازی گسترده رایج‌تر است.
تحقیقات بعدی میتواند از ابزارهای مدرن مانند توالی‌یابی RNA تک‌سلولی (single-cell RNA-seq)، تصویربرداری زنده (live imaging) از دینامیک سلولی، و سنجش‌های الکتروفیزیولوژیک برای اندازه‌گیری و دستکاری پتانسیل‌های غشاء و جریان‌های یونی استفاده کند. با ترکیب این رویکردها، پژوهشگران میتوانند شبکه‌هایی را که مشخصه‌های محلی هویت محور را اطلاع می‌دهند شناسایی و سپس آزمایش کنند که آیا با سویه‌های جهش‌یافته یا با مداخلهٔ دارویی می‌توان این نشانگرها را تغییر داد تا نتایج بازسازی پیش‌بینی‌پذیر باشند.
در کوتاه‌مدت، وقوع طبیعی کرمهای دو سر و قابلیت نسل‌های آنها برای معکوس کردن قطبیت بدنی، نمونهٔ زنده‌ای ارائه میدهد که پلان‌های بدنی بسیار انعطاف‌پذیرتر از آنچه به‌نظر می‌رسد میتوانند باشند — مفهومی که میتواند نحوهٔ تفکر زیست‌شناسان دربارهٔ حافظهٔ تکوینی (developmental memory) و مهندسی بافت را بازتعریف کند. همچنین، از منظر بوم‌شناختی و تکاملی، مطالعهٔ فرکانس و بقاء طبیعی این وارونگی‌ها میتواند نشان دهد که این پدیده تا چه اندازه برای بقا و سازگاری در محیط‌های متفاوت مضر یا بی‌اثر است.
دیدگاه کارشناسی
«این مشاهدات تأکید می‌کنند که پلان‌های بدنی ساده چقدر میتوانند به‌طور شگفت‌آوری مقاوم و انعطاف‌پذیر باشند،» می‌گوید دکتر النا مورالس، پژوهشگری در زیست‌شناسی بازسازی در مؤسسهٔ زیست‌شناسی یکپارچه‌ساز (نقل‌قول تخیلی). «اگر بافتهای بالغ بتوانند قطبیت را بدون از دست دادن عملکرد بازنشانی کنند، این نشان‌دهندهٔ راه‌های جدیدی است که ممکن است با استفاده از آنها بافتهای پستانداران را پس از آسیب وادار به سازماندهی مجدد کنیم — اما ابتدا باید سیگنال‌هایی را که امکان بازنویسی ایمن جهتگیری را فراهم می‌آورند، درک کنیم.»
این مطالعه در Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences منتشر شده است و به بدنهٔ فزاینده‌ای از کارها می‌پیوندد که از کرمهای صافتن برای کندوکاو در اصول بازسازی، تعیین محور و بازسازی مبتنی بر سلولهای بنیادی استفاده می‌کنند. ترکیب داده‌های مولکولی، فیزیولوژیک و تکاملی از چنین مطالعاتی میتواند چارچوبی فراهم کند تا نه‌تنها مکانیسمهای بنیادی بازسازی را توضیح دهد، بلکه کاربردهایی در بیومدیسین بازسازی‌کننده و مهندسی بافت ارائه کند.
منبع: sciencealert
نظرات
شهرلاین
فکر نمیکردم پلان بدنی انقدر قابل انعطاف باشه، سوالای زیادی تو ذهنم اومد، مخصوصا درباره نقش میدان‌های الکتریکی
لابکور
خُب دیدنیه اما مقاله کمی پرش داره؛ داده‌های مولکولی بیشتر لازمه تا بشه ادعا کرد محور بدن «معکوس» شده
درایولاین
من تو آزمایشگاه دانشجویی یه چیز شبیه دیدم ولی نه تا این حد، اگه واقعیه میتونه کلی ایده به مهندسی بافت بده... زود هیجان زده نشیم
رودایکس
واااای کرم دو سر؟! این واقعا ذهنمو منفجر کرد... یعنی سلولای بالغ میتونن محور بدن رو بازنویسی کنن؟
ارسال نظر