کرم پلنگی شاید کلید دستیابی بشر به بازسازی اندام‌ها باشد

گروهی از پژوهشگران به روش تازه‌ای دست یافته‌اند که به کمک آن می‌توانند سازوکار بازسازی اندام در کرم‌های پلنگی را دقیق‌تر مطالعه و از آن برای کمک به بازسازی اندام‌های از کار افتاده یا قطع شده در انسان استفاده کنند.

در سال ۱۹۶۱ میلادی «اسامو شیمومورا» (Osamu Shimomura) و «فرانک جانسون» (Frank Johnson) پروتئینی را از عروس دریایی جدا و بررسی کردند که زیر نور فرابنفش به رنگ سبز می‌درخشد. مرجان‌ها هم به کمک پروتئین‌های مشابه می‌توانند در طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها عمل فلورسنت را انجام دهند.

طبق مقاله‌ی جدیدی که در نشریه‌ی «دیولوپمنت سل» (Developmental Cell) منتشر شده، اکنون دانشمندان دانشگاه هاروارد یک گام فراتر رفته‌اند و «کرم پلنگی سه‌نواره» (Three-Banded Panther Worm) را به شکلی اصلاح ژنتیکی کرده‌اند تا این موجود بتواند درخشش سبز مشابهی ساطع کند. آن‌ها امیدوارند با این کار راز بازسازی اندام‌ها را کشف کنند.

بیشتر حیوانات به نوعی فرآیند بازسازی را از خود نشان می‌دهند، برای نمونه رشد مجدد مو، یا ترمیم استخوان شکسته یا رشد دوباره‌ی پوست از این جمله است. اما برخی از موجودات قادر به انجام شاهکارهای احیاسازی شگفت‌انگیزی هستند و مطالعه‌ی سازوکارهایی که به وسیله‌ی آن‌ها این کار را انجام می‌دهند، می‌تواند پیامدهای مهمی برای از کار افتادگی اندام‌های انسان داشته باشد.

برای نمونه اگر سمندر پای خود را از دست بدهد، اندامش دوباره رشد می‌کند یا برخی از مارمولک‌ها هم می‌توانند دم خود را برای پرت کردن حواس شکارچیان، جدا کنند تا امکان فرار داشته باشند اما این دم بعدا دوباره رشد می‌کند. گورخرماهی هم می‌تواند یک باله از دست رفته یا آسیب دیده را دوباره رشد بدهد و همچنین قلب، شبکیه، لوزالمعده، مغز یا نخاع آسیب دیده را ترمیم کند. حتی اگر یک کرم پهن پلاناریان، یک عروس دریایی یا یک شقایق دریایی را از وسط نصف کنید، دوباره کل بدنش را بازسازی می‌کند.

در نهایت کرم پلنگی سه‌نواره (Hofstenia Miamia) موجود کوچکی است که کمی شبیه به دانه‌های پرقطر برنج به‌نظر می‌رسد و به دلیل علامت سه‌گانه‌ی راه‌راه کرم رنگ در سراسر بدنش، به این نام خوانده می‌شود. اگر یک کرم پلنگی به سه قسمت تقسیم شود، هر قسمت طی هشت هفته یا بیشتر به یک کرم کامل تبدیل می‌شود.

کرم پلنگی سه‌نواره در حالت عادی
Credit: Kathleen Mazza-Curll/Mansi Srivastava/Whitehead Institute

این کرم‌ها اغلب در دریای کارائیب، باهاما، برمودا و همچنین ژاپن یافت می‌شوند و شکارچیان حریصی هستند که اگر به اندازه‌ی کافی گرسنه باشند و نتوانند طعمه‌ی دیگر پیدا کنند، چند لقمه از کرم‌های پلنگی همراه خود را می‌خورند. و البته این جانوران یک مدل نویدبخش جدید برای مطالعه‌ی مکانیک بازسازی اندام‌ها ارائه می‌دهند.

«مانسی سریواستاوا» (Mansi Srivastava) از نویسندگان مقاله‌ی جدید و زیست‌شناس فرگشتی دانشگاه هاروارد از سال ۲۰۱۰ زمانی که در آزمایشگاه «پیتر ردین» (Peter Reddien) در مؤسسه‌ی وایت هد MIT فعالیت داشت، روی کرم پلنگی سه‌نواره مطالعه می‌کند. تیم پژوهشی آن‌ها بیش از ۱۲۰ کرم را در برمودا جمع‌آوری کردند و به کمبریج آوردد.

کرم‌ها اما زود با زندگی آزمایشگاهی سازگار نشدند زیرا سریواستاوا و ردین باید سطح شوری مناسب آب را فراهم می‌کردند و همچنین منبع غذایی قابل قبولی پیدا می‌کردند. کرم‌ها به کبدی که ردین با آن کرم‌های مسطح پلاریاش را غذا می‌داد اهمیت نمی‌دادند و شمار کمی هم برای زنده ماندن به هم‌نوع‌خواری متوسل شدند. در نهایت، پژوهشگران دریافتند که کرم‌های پلنگ دوستدار میگوهای آب شور (معروف به میمون‌های دریایی) هستند و بدین ترتیب با این غذا، این موجودات شروع به رشد و تولید مثل کردند.

در سال ۱۹۶۰ گزارش‌هایی منتشر شده بود که ادعا می‌کرد این کرم‌ها می‌توانند سرهای بریده‌ی خود را دوباره رشد دهند، اما پیگیری‌های علمی کم بود. آزمایش‌های اولیه‌ی ردین و سریواستاوا ثابت کرد که کرم‌های پلنگی نه تنها می‌توانند سر خود را دوباره رشد بدهند بلکه تقریبا می‌توانند هر عضوی از بدن را بازسازی کنند. درست مانند کرم‌های پهن پلاناریان، حتی اگر شباهت این دو گونه بسیار دور باشد. سریواستاوا اکنون آزمایشگاه خود را در هاروارد اداره می‌کند و درباره‌ی باززایی در کرم‌های پلنگی مشغول مطالعه است.

در سال ۲۰۱۹ سریواستاوا و آزمایشگاه او توالی کامل ژنوم کرم پلنگی و همچنین شناسایی خود درباره‌ی تعدادی از «سوییچ‌های دی‌ان‌ای» (DNA Switches) را منتشر کردند که به‌نظر می‌رسد کنترل ژن‌ها را برای بازسازی کل بدن در اختیار دارند.

به‌طور خاص آن‌ها بخشی از DNA بی‌رمز را مشخص کردند که فعال شدن یا نشدن نوعی «ژن کنترل اصلی» برای بازسازی، به نام «پاسخ رشد اولیه» (Early Growth Response) یا EGR را کنترل می‌کند. EGR به نوبه‌ی خود می‌تواند دیگر ژن‌های دخیل در فرآیندهای گوناگون دیگر را فعال یا غیرفعال کند. بدین ترتیب اگر EGR فعال نشود، بازسازی در کرم‌ها نمی‌تواند انجام شود.

EGR همچنین در گونه‌های دیگر، از جمله انسان‌ها هم وجود دارد اما انسان‌های نمی‌توانند کل بدن خود را بازسازی کنند. به گفته‌ی سریواستاوا این فرآیند احتمالا در انسان‌ها بسیار متفاوت از کرم پلنگی عمل می‌کند. او به روزنامه‌ی هاروارد گفت: «اگر EGR کلید اصلی برق باشد، ما فکر می‌کنیم که سیم‌کشی تفاوت دارد و آنچه EGR در سلول‌های انسانی با آن صحبت می‌کند می‌تواند متفاوت باشد.»

سریواستاوا و همکارش اندرو گرکه در آزمایشگاه
Credit: Kris Snibbe/Harvard University

کشف بیشتر درباره‌ی شیوه‌ی تعامل ژنوم در مقیاس بزرگ‌تر، نه فقط در سطح سوییچ‌های فردی، کلید پیشرفت‌های آینده خواهد بود. به عبارت دیگر، فقط این موضوع مد نظر نیست که کدام ژن‌ها وجود دارند، بلکه چگونگی اتصال یا شبکه‌ای شدن آن‌ها با یکدیگر است که بازسازی تمام بدن را ممکن می‌سازد.

برای این جدیدترین مطالعه، سریواستاوا و همکارانش چگونگی پرورش کرم پلنگی تراریخته را با معرفی ژنی که یک پروتئین فلورسنت را کد می‌کند، کشف کردند. انواع گوناگونی از پروتئین‌های فلورسنت وجود دارند که معروف‌ترین آن‌ها پروتئین فلورسنت سبز (GFP) است. GFP حاوی رنگ‌بر (کروموفور) خاصی است که نور را جذب و منتشر می‌کند. تابش نور فرابنفش یا آبی بر روی کروموفور باعث می‌شود که انرژی جذب کند، برانگیخته شود و سپس انرژی اضافی را به صورت نور سبز گسیل کند.

GFP به یک ابزار برچسب‌گذاری استاندارد برای پژوهشگران سراسر جهان تبدیل شده است و به آن‌ها امکان می‌دهد تا فرآیندهای زیستی را که پیش از این با چشم غیرمسلح در سطح مولکولی قابل مشاهده نبودند، مطالعه کنند.

سریواستاوا و تیم او هم DNA اصلاح شده را برای عرضه‌ی پروتئین فلورسنت به جنین‌های کرم پلنگی تازه بارور شده تزریق کردند، که سپس در ژنوم سلول‌های دیگر هنگام تقسیم، بارها و بارها تا زمانی که جنین‌ها به کرم کامل تبدیل شدند، وارد شدند.

بدین ترتیب سلول‌های ماهیچه‌ای کرم بالغ زیر نور فرابنفش به رنگ سبز درمی‌آید و این توانایی فلورسنت به فرزندان کرم منتقل می‌شود. سریواستاوا گفت: «ما نمی‌دانیم که هر یک از سلول‌ها در طول بازسازی در حیوان چگونه رفتار می‌کنند و وجود کرم‌های تراریخته با تابش اندام‌ها، به ما امکان می‌دهد که سلول‌ها را در بافت حیوان هنگام بازسازی اندام تماشا کنیم.»

تاکنون این پنجره به عملکرد درونی کرم‌های پلنگی حین تولید مجدد اندام، بینش ساختاری را درباره‌ی نحوه‌ی اتصال رشته‌های ماهیچه‌ای موجود به یکدیگر و همچنین به سلول‌های دیگر به‌دست داده است. به گفته‌ی این تیم پژوهشی، امتداد سلول‌های ماهیچه‌ای در ستون‌ها به هم متصل می‌شوند تا شبکه‌ای مستحکم و شبیه به اسکلت ایجاد کنند.

با این یافته، گام بعدی تعیین این موضوع است که آیا ماهیچه‌ها فقط به یک هدف ساختاری عمل می‌کنند یا در ذخیره‌سازی یا انتقال اطلاعات درباره‌ی فرآیند بازسازی هم نقش دارند؟

عکس کاور: کرم پلنگی سه‌نواره با جهش ژنتیکی در زیر پرتو فرابنفش، از خود نور سبز تابش می‌کند و می‌توان فرآیند بازسازی اندام‌ها را در آن مشاهده و مطالعه کرد.
Credit: Lorenzo Ricci

منبع: Ars Technica