Nowe spojrzenie na morfogenezę
Morfogeneza to biologiczny proces, w którym determinowany jest kształt i forma komórki, tkanki lub narządu i który stanowi jeden z najbardziej niezwykłych przykładów biologicznej samoorganizacji. Jest to zarazem jedna z największych tajemnic biologii. „Zrozumienie, w jaki sposób ciało nabiera kształtów podczas morfogenezy, należy do najważniejszych pytań, jakie zadają sobie czołowi badacze w dziedzinach biologii rozwojowej i biofizyki”, wyjaśnia Kinneret Keren(odnośnik otworzy się w nowym oknie), biofizyczka z Izraelskiego Instytutu Technologii(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Technion). W znalezieniu odpowiedzi może pomóc finansowany ze środków Unii Europejskiej projekt HydraMechanics(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Nasze badania mają na celu wyjaśnienie procesu morfogenezy z perspektywy biofizyki, przy czym nacisk kładziemy na siły mechaniczne i sprzężenie zwrotne w kształtowaniu się i stabilizacji planu ciała”, dodaje Keren, główna badaczka projektu.
Zrozumieć zdolności regeneracyjne stułbi
Aby zbadać mechaniczne podstawy morfogenezy, zespół projektu, który otrzymał wsparcie Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), postawił na badanie stułbi, inaczej hydry, małego słodkowodnego drapieżnika. Stułbie to wielokomórkowe organizmy o jednoosiowym planie ciała i niezwykłej zdolności do odtwarzania uszkodzonych części. „Dzięki prostemu planowi ciała i elastyczności eksperymentalnej stułbia stanowi klasyczny system modelowy umożliwiający badanie morfogenezy”, twierdzi uczona. Wykorzystując nowoczesne narzędzia służące do obrazowania i manipulacji, zespół postanowił przyjrzeć się bliżej siłom mechanicznym zaangażowanym w powstawanie i stabilizację planu ciała w czasie regeneracji stułbi na poziomie komórkowym i tkankowym.
Mechanizmy stojące za organizacją i regeneracją tkanek
Zgodnie z jedną z głównych hipotez przyjętych przez zespół projektu, stułbie posiadają mechaniczny układ sprzężenia zwrotnego, który umożliwia stabilną organizację tkanek, powstawanie osi i regenerację. „Chcąc bezpośrednio poznać wpływ tych sił mechanicznych i sprzężenia zwrotnego na procesy regeneracji stułbi, zastosowaliśmy szeroki zakres zewnętrznych zakłóceń mechanicznych, aby przyjrzeć się bliżej ich wpływowi na cały proces, a także ostatecznej morfologii zregenerowanego organizmu”, zauważa Keren. Projekt objął również badanie sposobu, w jaki biegunowość osi ciała jest determinowana i utrzymywana w czasie morfogenezy. Jak wyjaśnia Keren, biegunowość wymaga kompleksowej koordynacji w całym organizmie, aby wytworzyć prawidłową oś ciała. Jednocześnie przejawia się ona lokalnie w zachowaniu i różnicowaniu poszczególnych komórek w tkance. „Mieliśmy nadzieję, że dzięki zbadaniu, w jaki sposób mechanika i dynamiczna organizacja cytoszkieletu aktynowego wpływa na ukształtowanie się i utrzymanie biegunowości w procesie regeneracji, rzucimy nowe światło na mechanizmy, które koordynują zachowania komórek i determinują biegunowość osi ciała podczas morfogenezy”, wyjaśnia.
Jak stracić (i odzyskać) głowę
Wspomniane linie badawcze pozwoliły uczonym dokonać szeregu ważnych odkryć. Udało im się na przykład pokazać, w jaki sposób wielkoskalowe strukturalne dziedziczenie organizacji cytoszkieletu może kontrolować oś ciała stułbi podczas regeneracji. Jedno z bardziej interesujących odkryć dotyczy unikalnej zdolności stułbi do odtworzenia utraconej głowy. W tym przypadku naukowcy wykazali, że obszar regenerujących się fragmentów tkanek, z których ma powstać odtworzona głowa, ulega wielokrotnemu rozciąganiu, pękaniu i odkształcaniu. Wiele wyników projektu zostało opublikowanych w różnych czasopismach naukowych i można je również znaleźć w sieci. „Nasze badania nad regeneracją stułbi stanowią ważny krok w kierunku połączenia mechaniki i innych procesów rozwojowych w ujednolicone biofizyczne ramy morfogenezy”, podsumowuje Keren. „W związku z tym wiedza zdobyta w toku naszej pracy może rzucić nowe światło na mechaniczne podstawy morfogenezy w przypadku innych organizmów”.
