Hydra nhỏ bé, bất tử là một động vật nước ngọt có thể tái sinh một loài động vật hoàn toàn mới từ chỉ mảnh nhỏ nhất của cơ thể. Thông thường, nó thực hiện điều này một cách hoàn hảo: Một chân, một cơ thể gầy dài và một đầu có xúc tu.
Nhưng với một tinh chỉnh di truyền duy nhất, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra những con hydras quái dị mọc ra những cái đầu đầy đủ chức năng trên khắp cơ thể của chúng - thích hợp cho một con vật được đặt tên cho một con quái vật Hy Lạp cổ đại có khoảng sáu đến chín đầu.
Những hydras nhiều đầu này không chỉ là một trò lừa của khoa học điên rồ. Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã tìm ra những gì giúp tái tạo đầu hydra trong tầm kiểm soát. Những phát hiện có thể cung cấp mọi thứ từ nghiên cứu phát triển của con người đến nghiên cứu ung thư.
Cuộc săn tìm công tắc tắt
Mặc dù hydras là động vật đơn giản, nhưng việc hồi phục các bộ phận cơ thể không phải là thành tựu nhỏ. Với mỗi lần tái sinh, con vật phải tổ chức kế hoạch cơ thể của nó sao cho chỉ cần một đầu kết thúc trên đỉnh, và chỉ một chân, hoặc đĩa cơ bản, mọc ở phía dưới. Các nhà nghiên cứu đã có một số mảnh của câu đố này. Họ biết gen Wnt3 là rất quan trọng để thúc đẩy sự tăng trưởng của người đứng đầu. Họ cũng biết phải có một số kiểm tra phân tử trên Wnt3. Nếu không có sự ức chế đó, hydra sẽ chỉ mọc lên khắp người. Họ cũng biết rằng một thụ thể và chất kích hoạt di truyền cụ thể, được gọi là beta-catenin / TCF, đã được kích hoạt bởi Wnt3 để bắt đầu quá trình tăng trưởng.
Nhưng họ đã thiếu công tắc "tắt". Một cái gì đó, họ biết, đã phải ngăn chặn hydra phát triển từ đầu này sang đầu khác, Brigitte Galliot, giáo sư về di truyền học và tiến hóa tại Đại học Geneva, nói.
Vì vậy, Galliot và các đồng nghiệp đã đi săn. Họ bắt đầu với một người họ hàng gần gũi của hydras, hành tinh hoặc giun dẹp, cũng tái sinh. Trong bộ gen của hành tinh, họ đã tìm thấy 440 gen trở nên kém hoạt động hơn khi tín hiệu beta-catenin / TCF bị chặn, tạo cho chúng một điểm khởi đầu cho việc tìm kiếm các gen khác liên quan đến chu kỳ này. Trong số đó, 124 cũng tồn tại trong bộ gen hydra.
Trong số đó, họ chỉ tìm thấy năm gen hoạt động mạnh nhất ở phần trên của cơ thể hình ống của hydra và ít hoạt động nhất ở chân của nó, có nghĩa là chúng phải đặc trưng cho sự phát triển của đầu. Trong số năm người đó, họ tìm kiếm các gen ngày càng hoạt động trong quá trình tái sinh. Điều đó còn lại ba: Wnt3, Wnt5 và một gen được gọi là Sp5.
Một sự cân bằng cẩn thận
Nhóm đã biết rằng Wnt3 và W5 có quá trình phát triển đầu. Vì vậy, họ tập trung vào Sp5. Họ sớm phát hiện ra rằng beta-catenin / TCF thúc đẩy hoạt động của Sp5 - nhưng Sp5 đồng thời giảm tín hiệu beta-catenin / TCF bằng cách kìm nén Wnt3.
Điều này nghe có vẻ hơi lạ, nhưng đó chỉ là thứ mà các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm: một hợp chất có thể đặt phanh vào một vòng phản hồi chạy trốn khác. Để kiểm tra công việc của họ, họ đã phát triển hydras thiết kế không thể hiện Sp5 gen.
"Trong 100 con vật này bạn có đầu ngoài tử cung", Galliot nói với Live Science. "Điều đó thực sự tuyệt vời."
Điều gì xảy ra, Galliot và các đồng nghiệp của cô đã báo cáo hôm nay (19 tháng 1) trên tạp chí Nature Communications, là khi một con hydra cần một cái đầu mới, nó sẽ phát hành 3 bám vào beta-catenin / TCF, kích hoạt một loạt các gen, bao gồm nhiều hơn Wnt3 và Sp5. Không có Sp5, các Wnt3 giữ cho chu kỳ tiếp tục, và hàng tấn đầu bật lên trên khắp hydra tái sinh. Những người đứng đầu, Galliot nói, là hoàn toàn chức năng. Họ có một hệ thống thần kinh và các xúc tu và một miệng làm việc.
Khi nào Sp5 là trong bức tranh, như trong tự nhiên, nó liên kết với Wnt3, giữ cho trình kích hoạt đó không tìm thấy và liên kết với beta-catenin / TCF. Trong trường hợp không có Wnt3, beta-catenin / TCF ngừng gửi "làm đầu!" tin nhắn, và chỉ có một cái đầu phát triển.
Quá trình, Galliot cho biết, tất cả là về sự cân bằng giữa kích hoạt và đàn áp. Và đó là nơi mọi thứ trở nên thú vị. Hóa ra Wnt3 không chỉ ở giun dẹp và hydras và các động vật tái sinh đơn giản khác. Nó cũng ở động vật có vú, bao gồm cả con người. Các gen dường như ảnh hưởng đến sự phát triển phôi, có nghĩa là hiểu được chức năng của nó có thể giúp các nhà khoa học hiểu những gì kiểm soát sự phát triển ban đầu của con người. Wnt3 Galliot cho biết cũng là một nguyên nhân quan trọng của một số loại ung thư. Nó có thể là Sp5 thao túng có thể ngăn chặn sự phát triển của các bệnh ung thư như vậy, cô nói.
Đó là loại nghiên cứu y học vẫn còn xa trong tương lai, nhưng những cái đầu đầy xúc tu của hydra chỉ đường, Galliot nói.
"Những gì chúng ta học được từ các sinh vật đơn giản như thế này cho chúng ta biết loại thử nghiệm nào chúng ta có thể làm ở động vật có vú để hiểu rõ hơn", cô nói. "Nó cho chúng ta một hướng đi."
