Της Μαρίας Σαράφη,
Πριν αρκετά χρόνια, στην πόλη του Μεξικού, ο θεός Σόλοτλ των Αζτέκων, συνοδός των ψυχών στον Κάτω Κόσμο και προάγγελος του «κακού», προσπαθώντας να ξεφύγει από την οργή των υπόλοιπων θεών κατάφερε να «ξεγελάσει» το θάνατο, μεταμορφώνοντας τον εαυτό του στο «τέρας του νερού». Το σώμα του σμικρύνθηκε και απέκτησε ένα απαλό ροζ χρώμα, ενώ στο κεφάλι του εμφανίστηκαν έξι κέρατα που έμοιαζαν με φτερά. Οι παλάμες του είχαν τώρα τέσσερα δάχτυλα η κάθε μια και στην άκρη κάθε δαχτύλου υπήρχε ένα μαύρο μυτερό νύχι. Τα πόδια του είχαν μετατραπεί σε ουρά. Η θεϊκή του μορφή είχε πλέον χαθεί και την θέση της πήρε η μορφή ενός axolotl (atl «νερό», xolotl «τέρας»).
Το axolotl είναι ένα τετράποδο αμφίβιο που προέρχεται από τις λίμνες του Μεξικού. Αποτελεί μία παιδική μορφή σαλαμάνδρας και είναι γνωστό ως Μεξικάνικη Σαλαμάνδρα (Ambystoma mexicanum). Αν και έχει προσαρμοστεί να ζει κάτω από το νερό, μπορεί να μεταμορφωθεί, ώστε να επιβιώσει και στη στεριά. Η διαδικασία της μεταμόρφωσης, η οποία παρακινείται από εξωγενείς θυρεοειδείς ορμόνες, προκαλεί μεγάλο στρες στο ζώο και έχει ως αποτέλεσμα μία ενήλικη σαλαμάνδρα. Κάποτε κατοικούσε στη λίμνη Σοτσιμίλκο και στη λίμνη Τσάλκο, όμως, εξαιτίας της ρύπανσης και της αποξήρανσης άρχισε να εξαφανίζεται. Σήμερα θεωρείται απειλούμενο είδος και γι’ αυτό τα περισσότερα συντηρούνται σε μεγάλα ενυδρεία, μακριά από τον φυσικό τους βιότοπο. Ο φυσικός τους χρωματισμός είναι καφέ, αλλά με την ελεγχόμενη αναπαραγωγή έχουν παραχθεί και λευκά άτομα (αλφικά).
Αυτό το ιδιαίτερο ζώο χρησιμοποιείται στον επιστημονικό τομέα ως πειραματόζωο για έρευνα, λόγω της δομής του εμβρύου του, που επιτρέπει την παρακολούθηση της πλήρους ανάπτυξης, αλλά κυρίως λόγω της αναγεννητικής του ικανότητας. Και άλλα είδη εμφανίζουν την ικανότητα αυτή, όπως η πλανάρια (planariuan) σε όλο της το σώμα, το ψάρι ζέβρα (zebra fish) στην ουρά του, ακόμη και ο άνθρωπος στα άκρα του κατά την εμβρυική περίοδο και στο δακτυλικό του αποτύπωμα σαν ενήλικας.
Όμως, η αναγέννηση για τη σαλαμάνδρα αποτελεί φυσικό μηχανισμό ανανέωσης των ιστών και αποκατάστασης της λειτουργίας των άκρων ή και των οργάνων της μετά από τραυματισμό. Απαιτείται ο σχηματισμός μιας κυτταρικής δομής, το βλάστημα, το οποίο περιέχει μία συλλογή προγονικών αδιαφοροποίητων βλαστικών κυττάρων με υψηλό δείκτη πολλαπλασιασμού. Τα κύτταρα αυτά προέρχονται από τον φυσικό επαναπρογραμματισμό διαφόρων τύπων κυττάρων. Δηλαδή, πρόκειται για τη φυσική μετατροπή των ήδη διαφοροποιημένων κυττάρων σε αδιαφοροποίητα, με σκοπό τον μελλοντικό σχηματισμό νέων διαφοροποιημένων κυττάρων, επομένως, τη δημιουργία νέων ιστών και οργάνων.
Η σαλαμάνδρα ως πειραματόζωο
Οι επιστήμονες προσθέτουν τα γονίδια φθοριζουσών ουσιών στα νεοσυντιθέμενα κύτταρα και παρακολουθούν τα στάδια της ανάπτυξης του βλαστήματος μέσω της έκφρασης των γονιδίων αυτών, που του προσδίδουν χαρακτηριστικό χρωματισμό. Ακόμη, μπορούν να μεταφέρουν το βλάστημα σε κάποια άλλη περιοχή του σώματος της σαλαμάνδρας και να παρατηρήσουν το είδος των ιστών που θα προκύψουν. Αυτό που διαπιστώνουν είναι ο σχηματισμός του άκρου που ήταν προγραμματισμένο να προκύψει, στη νέα περιοχή όπου τοποθετήθηκε. Σύμφωνα με μελέτες, κάποια κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος, τα μακροφάγα, συμβάλλουν στην αποφυγή της φλεγμονής κατά τη διαδικασία της αναγέννησης.
Επίσης, κύτταρα του συνδετικού ιστού, οι ινοβλάστες, παράγουν ουσίες, όπως το ρετινοϊκό οξύ, οι οποίες πληροφορούν τα κύτταρα σχετικά με τη θέση τους, ώστε να ξεκινήσουν να εκφράζουν τους κατάλληλους παράγοντες ανάπτυξης. Σπουδαία πηγή πληροφοριών καθίσταται η πλήρης αλληλούχηση του γονιδιώματος του ζώου, δηλαδή ο προσδιορισμός όλων των γονιδίων που εκφράζονται στον οργανισμό. Με αυτόν τον τρόπο θα αποδεικνυόταν, αν ο μηχανισμός αναγέννησης στηρίζεται σε γονίδια που βρίσκονται μόνο στην σαλαμάνδρα ή σε γονίδια κοινά μεταξύ των ζώων, συμπεριλαμβανομένου και του ανθρώπου.
Εφαρμογές της μελέτης της σαλαμάνδρας στον άνθρωπο
Είναι πιθανό η αναγεννητική ικανότητα του ζώου να αποτελεί αρχαίο χαρακτηριστικό και γι’ αυτό τα θηλαστικά, όπως ο άνθρωπος, θα μπορούσαν να έχουν διατηρήσει κάποιους από τους μηχανισμούς της. Ίσως, η διαδικασία της επούλωσης που έχει εξελιχθεί, να παρεμποδίζει την αναγέννηση. Έχουν σημειωθεί περιπτώσεις ατόμων με ακρωτηριασμό, που αναπτύσσουν νεύρωμα, μια ανεξέλεγκτη ανάπτυξη νευρικών ινών στην περιοχή του χαμένου άκρου. Ενδεχομένως, αυτό να είναι ένδειξη αναγέννησης που αποτυγχάνει να ολοκληρωθεί. Μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο το περιβάλλον του ιστού του αναγεννώμενου άκρου μιας σαλαμάνδρας ελέγχει τη συμπεριφορά των κυττάρων, οι επιστήμονες θα βρίσκονται σε θέση να ελέγξουν οι ίδιοι αυτή τη συμπεριφορά και κατ’ επέκταση τη διαδικασία της αναγέννησης.
Τα βλαστικά κύτταρα στον άνθρωπο και ο επαναπρογραμματισμός τους
Κατά την ανάπτυξη του εμβρύου των θηλαστικών σχηματίζεται η δομή της βλαστοκύστης, εσωτερικά της οποίας βρίσκεται μία κυτταρική μάζα (πολυδύναμα εμβρυικά βλαστικά κύτταρα, ES), από όπου προκύπτουν όλοι οι τύποι κυττάρων του οργανισμού. Υπεύθυνα για την ανανέωση των ιστών στους ενήλικες είναι τα πλειοδύναμα βλαστικά κύτταρα, που εμφανίζουν περιορισμένες δυνατότητες ως προς το εύρος των διαφορετικών κυτταρικών τύπων που δημιουργούν και απαιτούν ένα συγκεκριμένο θώκο, για να διατηρήσουν τη βλαστικότητά τους. Έχει προταθεί ότι τα κύτταρα που πολλαπλασιάζονται με αργό ρυθμό αποτελούν τα βλαστικά. Ιστοί και κύτταρα που χρειάζονται συνεχή ανανέωση ή μπορούν να ανανεωθούν είναι το επιθήλιο στην επιδερμίδα, το επιθήλιο του εντέρου, οι μυς, τα κύτταρα του αίματος και τα κύτταρα της νευρικής ακρολοφίας.
Το 2006, ο Shinya Yamanaka παρήγαγε για πρώτη φορά τα επαγόμενα βλαστικά κύτταρα (iPCS), εισάγοντας σε τελικώς διαφοροποιημένα κύτταρα, τα γονίδια μεταγραφικών παραγόντων των ES κυττάρων (Nanog, Oct-4, Sox2). Τα iPCS συνέβαλαν σε όλους τους κυτταρικούς τύπους. Έτσι, επηρεάζοντας το περιβάλλον των διαφοροποιημένων κυττάρων μέσω επιγενετικών τροποποιήσεων και αξιοποιώντας την πλαστικότητά τους, ο S.Yamanaka κατάφερε να προκαλέσει τον επαναπρογραμματισμό τους. Ως επιγενετική ορίζεται ο μηχανισμός ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης μέσω μεθυλίωσης του DNA ή των ιστονών, ακετυλίωσης, φωσφορυλίωσης και ουβικυτινιλίωσης. Κάθε τύπος κυττάρου έχει το δικό του επιγενετικό υπόβαθρο, που αντανακλά τον γονότυπο, το αναπτυξιακό ιστορικό και τις περιβαλλοντικές επιρροές.
Αναγεννητική ιατρική
Η πλήρης κατανόηση του τρόπου με τον οποίο μπορεί να ελεγχθεί η γονιδιακή έκφραση στα βλαστικά κύτταρα θα συντελέσει στη θεραπευτική χρήση τους. Η παραγωγή επαρκούς αριθμού βλαστικών κυττάρων που δύνανται να παράγουν διάφορους κυτταρικούς τύπους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αντικατάσταση κυττάρων που έχουν υποστεί βλάβη. Η αναγεννητική ιατρική στοχεύει στις θεραπείες κυτταρικής αντικατάστασης με μεταμόσχευση των κυττάρων αντικατάστασης ή χορήγηση φαρμάκων για τη διέγερση των βλαστικών κυττάρων και την επαγωγή της μεταδιαφοροποίησης ενός γειτονικού μη κατεστραμμένου ιστού, ώστε να δημιουργηθούν κύτταρα αντικατάστασης. Τέτοιου είδους θεραπείες μελετώνται ήδη σε ασθενείς. Παράδειγμα αποτελεί η έγχυση μελαγχρωματικών επιθηλιακών κυττάρων του αμφιβληστροειδούς, που προήλθαν από κύτταρα ES, στους οφθαλμούς ανθρώπων με εκφυλισμό της ωχράς κηλίδας.
Ένας ακόμα στόχος της Ιατρικής είναι η δημιουργία παγκρεατικών β-κυττάρων που παράγουν ινσουλίνη, με σκοπό την αντικατάσταση όσων καταστρέφονται λόγω διαβήτη τύπου 1. Μάλιστα, ο επιγενετικός επαναπρογραμματισμός έχει αποδειχθεί ότι αποκαθιστά την όραση και τη μνήμη και είναι ικανός να επαναφέρει τη φυσιολογική λειτουργία στα καρκινικά κύτταρα. Επίσης, μπορεί να αντιστρέψει τη γήρανση, επεκτείνοντας τις αλληλουχίες των τελομερών, επιδιορθώνοντας τις μιτοχονδριακές λειτουργίες και ελέγχοντας την γονιδιακή έκφραση. Η πολυδύναμη δυναμική των κυττάρων ES και η κατανόηση της διαδικασίας της διαφοροποίησης υπόσχονται μελλοντικά ακόμη και την ανάπτυξη οργανοειδών, δηλαδή δομών πολλών κυτταρικών τύπων που μιμούνται την οργάνωση των ιστών ή των οργάνων. Ήδη κύτταρα ES καλλιεργήθηκαν για παραγωγή δομών του εγκεφάλου και του οφθαλμού και εντερικά οργανοειδή προέκυψαν από iPCS ποντικού.
Αφήνοντας, λοιπόν, τον χρόνο να κυλήσει και παρακολουθώντας τις εξελίξεις που θα επιφέρει στον τομέα της Επιστήμης και της Ιατρικής, θα είμαστε σε θέση να κρίνουμε αν, τελικά, η μεταμόρφωση του θεού Σόλοτλ στο τέρας του νερού συντέλεσε όχι μόνο στη δική του σωτηρία, αλλά και στη σωτηρία ολόκληρης της ανθρωπότητας.
ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ
- Lewis Wolpert etal, Θεμελιώδεις Αρχές της Ανάπτυξης, ελληνική έκδοση, εκδόσεις Π.Χ.ΠΑΣΧΑΛΙΔΗΣ, αγγλική έκδοση Broken Hill Publishers LTD
- Genomics and epigenomics of axolotl regeneration, PubMed. Διαθέσιμο εδώ
- Salamander’s Genome Guards Secrets of Limb Regrowth, Quanta Magazine. Διαθέσιμο εδώ
- Epigenetic reprogramming in mammals, Oxford University Press. Διαθέσιμο εδώ
