Hidra yang kecil dan abadi adalah haiwan air tawar yang dapat menjana semula haiwan yang baru dari sekerat badannya yang paling kecil. Biasanya, ia melakukan ini dengan sempurna: Satu kaki, satu badan kurus panjang, dan satu kepala tentakled.
Tetapi dengan tweak genetik tunggal, para penyelidik boleh mencipta hydras besar yang bercambah kepala berfungsi sepenuhnya di seluruh badan mereka - sesuai untuk haiwan yang dinamakan untuk raksasa Yunani kuno yang ada di antara enam dan sembilan kepala.
Hidras berkepala tinggi ini bukan sekadar tipu daya sains gila. Untuk pertama kalinya, para penyelidik telah mengetahui apa yang membuat regenerasi kepala hidra di cek. Penemuan ini dapat memaklumkan segala-galanya dari kajian perkembangan manusia kepada penyelidikan kanser.
Memburu untuk menukar suis
Walaupun hydras adalah haiwan mudah, bahagian badan yang diperbaharui bukanlah pencapaian kecil. Dengan setiap penjanaan semula, haiwan perlu menyusun pelan badannya supaya hanya satu kepala berakhir di atas, dan hanya satu kaki, atau cakera asas, pucuk di bahagian bawah. Penyelidik mempunyai beberapa teka-teki ini. Mereka tahu gen itu Wnt3 adalah penting untuk mendorong pertumbuhan kepala. Mereka juga tahu mesti ada beberapa pemeriksaan molekul Wnt3. Tanpa perencatan itu, hidra hanya akan tumbuh di kepala. Mereka juga tahu bahawa pengaktif reseptor dan genetik yang dipanggil beta-catenin / TCF diaktifkan oleh Wnt3 untuk memulakan proses pertumbuhan kepala.
Tetapi mereka telah kehilangan suis "mati". Sesuatu, mereka tahu, terpaksa menghalang hidra dari tumbuh kepala selepas kepala selepas kepala, kata Brigitte Galliot, seorang profesor genetik dan evolusi di University of Geneva.
Jadi Galliot dan rakan-rakannya pergi berburu. Mereka bermula dengan saudara-saudara hidra, planarians, atau flatworms yang hampir sama, yang juga menjana semula. Dalam genom planarian, mereka mendapati 440 gen yang menjadi kurang aktif apabila isyarat beta-catenin / TCF disekat, memberi mereka titik permulaan untuk mencari gen lain yang terlibat dalam kitaran ini. Daripada jumlah itu, 124 juga wujud dalam genom hidra.
Daripada jumlah itu, mereka hanya menemui lima gen yang paling aktif di bahagian atas badan tubular hidra dan paling tidak aktif di kaki mereka, yang bermaksud mereka harus khusus untuk mengetuai pertumbuhan. Antara lima mereka, mereka mencari gen yang semakin aktif semasa regenerasi. Yang meninggalkan tiga: Wnt3, Wnt5 dan gen dipanggil Sp5.
Baki yang teliti
Pasukan sudah tahu itu Wnt3 dan Wnt5 mendapat proses yang semakin berkembang. Jadi mereka menumpukan perhatian Sp5. Mereka tidak lama lagi mendapati bahawa beta-catenin / TCF menggesa aktiviti Sp5 - tetapi Sp5 juga mengganti isyarat beta-catenin / TCF dengan menindas Wnt3.
Ini mungkin agak aneh, tetapi ia adalah apa yang dicari oleh para penyelidik: sebatian yang boleh meletakkan brek pada gelung umpan balik yang lain. Untuk memeriksa kerja mereka, mereka bertambah hydras engineered untuk tidak menyatakan Sp5 gen.
"Dalam 100 haiwan ini anda mendapat kepala ektopik," kata Galliot kepada Live Science. "Yang sangat menakjubkan."
Apa yang terjadi, Galliot dan rekan-rekannya yang dilaporkan hari ini (19 Januari) dalam jurnal Nature Communications, adalah ketika seorang hydra memerlukan kepala baru, ia mengeluarkan Wnt3, yang berpaut kepada beta-catenin / TCF, yang mengaktifkan sekumpulan gen, termasuk lebih banyak Wnt3 dan Sp5. Tanpa Sp5, yang Wnt3 mengekalkan kitaran, dan tan kepala muncul di seluruh hidra regenerasi. Ketua-ketua ini, Galliot berkata, berfungsi sepenuhnya. Mereka mempunyai sistem saraf dan tentakel dan mulut bekerja.
Bila Sp5 terdapat dalam gambar, kerana ia bersifat, ia mengikat Wnt3, menjaga pengaktif itu daripada mencari dan mengikat beta-catenin / TCF. Dalam ketiadaan Wnt3, beta-catenin / TCF berhenti menghantar "membuat kepala!" mesej, dan hanya satu kepala yang tumbuh.
Proses itu, kata Galliot, adalah mengenai keseimbangan antara pengaktifan dan penindasan. Dan di sinilah perkara menjadi menarik. Ternyata itu Wnt3 tidak hanya di flatworms dan hydras dan haiwan lain yang mudah diperbaharui. Ia juga dalam mamalia, termasuk manusia. Gen ini akan menjejaskan perkembangan embrio, yang bermaksud memahami fungsinya dapat membantu saintis memahami apa yang mengawal pembangunan manusia awal. Wnt3 juga merupakan pemandu penting bagi beberapa jenis kanser, kata Galliot. Mungkin itu Sp5 manipulasi boleh menghentikan percambahan kanser tersebut, katanya.
Penyelidikan perubatan semacam itu masih jauh di masa depan, tetapi kepala hidung bertopang hidra menunjukkan arah, kata Galliot.
"Apa yang kita pelajari daripada organisma mudah seperti ini memberitahu kita apa jenis ujian yang boleh kita lakukan dalam mamalia untuk memahami dengan lebih baik," katanya. "Ia memberi kita arahan."
