W całym królestwie zwierząt kilka gatunków ma zdolność regeneracji części ciała po skaleczeniach lub uszkodzeniach. Jaszczurki mogą odrastać ogony, salamandry mogą odrastać ramiona i nogi, niektóre płazińce mogą nawet odrastać całe głowy. Ale ludzie nie mają zdolności regeneracji uszkodzonych części ciała. Dlaczego?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, badacze muszą najpierw poznać ewolucyjną historię regeneracji. Czy regeneracja jest starożytną cechą, którą dzielili nasi przodkowie zwierząt, a wiele gatunków po prostu utraciło tę zdolność z czasem? Czy też regeneracja ewoluowała u różnych gatunków niezależnie, podobnie jak owady i ptaki niezależnie rozwinęły zdolność do latania?

Nowe badanie bada genomy pięciu różnych gatunków zwierząt — aksolotla, danio pręgowanego, ukwiałów, gąbek morskich i strzykw morskich — które wszystkie mają zdolność regeneracji, ale są ewolucyjnie odrębne (co jest sprzeczne z intuicją, stworzenia morskie nie są ze sobą blisko spokrewnione). Korzystając z powszechnej techniki zwanej RNA-seq, naukowcy wykorzystali publicznie dostępne zestawy danych, które uchwyciły migawki aktywności genów, znanej również jako ekspresja, w próbkach regenerującej się tkanki.

Odkryli jednak, że te migawki były niewystarczające, aby ustalić, czy istniały wspólne geny dla regeneracji. Chociaż istniały wspólne geny, były one przeznaczone dla podstawowych procesów komórkowych, takich jak podział komórek.

Badania opublikowano w czasopiśmie Biologia genomu i ewolucja.

Biolodzy zidentyfikowali wcześniej geny, które są ważne dla regeneracji, takie jak te w rodzinie Wnt. Jednak gatunki badane w badaniu wykorzystywały nieco inne kombinacje różnych genów Wnt, co uniemożliwiało ustalenie wspólnego zestawu Wnt, który mógłby wskazywać na wspólnego regenerującego się przodka.

Praca wskazuje na potrzebę głębszego zrozumienia złożonych procesów rozwojowych leżących u podstaw regeneracji.

„Twierdzimy, że RNA-seq samo w sobie nie jest wystarczająco dobre, aby identyfikować konserwowane procesy w odległych od siebie rzeczach” — mówi starszy autor David Gold, były stypendysta podoktorancki Caltech, a obecnie profesor nadzwyczajny na UC Davis. „Regeneracja może być konserwowanym procesem na innych poziomach, na przykład na poziomie komórkowym, a nie genetycznym. Aby naprawdę rozstrzygnąć, czy w tych organizmach jest coś starożytnego i konserwowanego, konieczne będą ostrożne badania biologii rozwojowej, aby ustalić, jaką dokładną rolę każdy gen odgrywa w regeneracji”.

Badania przeprowadzono we współpracy między laboratoriami Caltech pod kierunkiem Liora Pachtera, profesora biologii obliczeniowej oraz nauk matematyczno-informatycznych im. Brena, i profesor biologii Lei Goentoro, a także laboratorium Golda, obecnie działającym na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis.

Noémie Sierra z UC Davis jest pierwszą autorką. Oprócz Sierry, Pachtera, Goentoro i Golda, dodatkowymi współautorami są byli studenci studiów podyplomowych Caltech Lynn Yi i Noah Olsman.