
Soveltamalla neljän päivän ajan agarigeeliä kevyellä paineella leikattua hydran vartta pitkin, tutkijat aiheuttivat kaksi topologista vikaa, mikä johti kahden pään (vasen) muodostumiseen.
© Roux - UNIGE
Nämä tutkimukset paljastavat, kuinka ulkoiset mekaaniset rasitukset voivat muuttaa organismien symmetriapisteitä ja vaikuttaa niiden kehitykseen. Nämä symmetriat, joita esiintyy monimutkaisemmissa eläinlajeissa, saattavat näytellä tärkeää roolia evoluutiossa. Tutkimus on julkaistu Science Advances -lehdessä.
Kreikkalaisessa mytologiassa Hydra on hirviö, jonka Herakles kukistaa, ja jonka jokainen yhdeksästä päästä kasvaa takaisin heti, kun se katkaistaan. Mutta hydra on myös pieni vesieläin, joka kuuluu meduusojen perheeseen ja löydettiin 1700-luvulla, ja joka elää rauhallisissa makean veden järvissä ja lammissa. Se on vain muutaman millimetrin mittainen, ja sillä on jalka ja pää, jossa on ohuita tuntosarvia. Sen poikkeukselliset regenerointikyvyt ovat antaneet sille mahdollisuuden jakaa nimensä mytologisen vastineensa kanssa.
Kun hydra katkaistaan kohtisuoraan kehon akselia pitkin (jalan ja pään välillä), se regeneroi itsensä muodostamalla uuden pään. Kohdistamalla kevyttä painetta regeneroiville kudoksille, Aurélien Rouxin johtama tiimi Geneven yliopiston biokemian osastolta on onnistunut indusoimaan elinkelpoisten kaksipäisten hydroiden muodostumisen. Tämä ilmiö ei ollut koskaan ennen havaittu.
Kaksipäinen hydra, joka on tuotettu painamalla eläimen katkaistua kehoa, ja joka sieppaa ravinnoksi ympäristöön lisättyjä artemioita.
Kiitos "topologisesta viasta"
"Hydran sisällä aktiinifilamentit ovat järjestäytyneet rinnakkain jalan ja pään akselin suuntaisesti ja konvergoivat pään kohdalla muodostaen 'topologisen vian' aktiiniverkossa", selittää Yamini Ravichandran, Aurélien Rouxin tiimissä post-doc-tutkijana ja tutkimuksen ensimmäisenä kirjoittajana. "Työmme osoittaa, että nämä topologiset viat aktiinin järjestyksessä näyttelevät keskeistä roolia pään regeneroinnissa, toimien mekaanisina organisaattoreina."Yksinkertaisella paineella
Soveltamalla neljän päivän ajan agarigeelin avulla kevyttä painetta hydran katkaistun kehon varrella, tutkijat indusoivat kaksi topologista vikaa, mikä johti kahden pään muodostumiseen. Varmistaakseen, että vika luo pään, tutkijat aikovat poistaa nämä viat ja tarkkailla, voiko eläin silti regeneroitua. Kuitenkin on olemassa vaikeasti voitettava rajoite, nimittäin topologia.Rinnakkaiset viivat pallolla luovat aina kaksi vikaa: pallon navat. Poistaakseen ne, aktiinifilamentteihin kohdistuva paine saa ne sulautumaan yhteen ja katoamaan, muodostaen "donitsin" muotoista kudosta, joka ei voi regeneroida päätä ja lopulta kuolee nälkään. "Donitsin" topologia on ainutlaatuinen, koska se on ainoa, joka voi olla ilman vikoja ja joka on poissa biologiasta.
Hydra on arvokas tutkimusmalli sen helposti havaittavan aktiiniverkon vuoksi, mutta saadut tulokset ovat sovellettavissa paljon laajemmin kuin vain tähän lajiin. Tähän asti solujen ja kudosten voimien koordinoinnin tapa, joka muovaa organismeja, ei ole hyvin ymmärretty. Ehdotettu käsite on, että genetiikka määrittää solujen kohtalon, jotka puolestaan sanovat, mitkä voimat muovaavat kudoksia.
Tämä tutkimus osoittaa, että geneettiset tekijät ja kudosten mekaniikka ovat kytköksissä - ja toimivat siten samalla tasolla - muodostaakseen oikean pään hydralle. Kuten Aurélien Roux korostaa, "nämä tulokset tarjoavat uusia näkökulmia mekaanisiin signaaleihin, jotka ohjaavat kudosten korjaamista ja regenerointia, ja niillä on mahdollisia vaikutuksia näiden prosessien ymmärtämiseen muissa organismeissa".
Fluoresenssimikroskopialla kuvattu video, joka näyttää kaksipäisen hydran regeneroivan katkaistua kudosta. Järjestäytyneet lihaskuidut ovat näkyvissä.
Fluoresenssimikroskopialla kuvattu video, joka näyttää katkaistun renkaan muodostumisen, joka ei regeneroidu. Järjestäytyneet lihaskuidut ovat näkyvissä.