Регенеративные способности исчезающих аксолотлей

Аксолотли (Ambystoma mexicanum) — это вид саламандр, находящийся на грани исчезновения. У них осталась лишь одна естественная среда обитания — система каналов в Мехико, где, по оценкам, живёт от 50 до 1000 особей.

Тем не менее, аксолотли стали популярны как домашние питомцы и модельные организмы в исследованиях. Потомки особей, собранных в Мехико много лет назад, теперь живут по всему миру. Аксолотли обладают высокой регенеративной способностью, могут отращивать целые конечности, и этот аспект их биологии интересует многих учёных, включая исследователей из Института Уайтхеда.

Необычная биология

Аксолотли известны своим уникальным видом: длинный хвост с плавником, крошечные конечности и венчик перистых жабр. В отличие от большинства саламандр, аксолотли всю жизнь остаются в своей водной ювенильной форме — это «вечные головастики». Их ближайший родственник, тигровая амбистома, имеет типичный жизненный цикл с метаморфозом и переходом к наземной жизни.

Аксолотли утратили способность к метаморфозу, вероятно, из-за стабильной водной среды обитания (озёра Мехико, которые не пересыхали) и, возможно, неблагоприятных условий на суше. Эта постоянная ювенильная форма также высоко регенеративна. Аксолотли могут регенерировать целые конечности, части сердца, печени, глаз и даже мозга.

Почему аксолотль регенерирует, а млекопитающее — нет?

Аксолотли стали ключевой моделью для исследований регенерации, потому что они:

• Легко размножаются и содержатся в лаборатории.
• Имеют полностью секвенированный геном (который в 10 раз больше человеческого) и развитые инструменты для работы с ним.
• Являются позвоночными с четырёхконечным планом тела, что делает их более релевантными для сравнения с человеком, чем, например, планарии (плоские черви, способные регенерировать всё тело).

Исследовательская группа Питера Реддиена, в частности аспирант Конор МакМанн, сравнивает экспрессию генов в задних конечностях аксолотля и мыши после травмы. Цель — найти общие гены и пути, которые аксолотли используют для регенерации и которые сохранились у мышей (а значит, потенциально и у человека).

Исследования показывают, что далёкий общий предок двусторонне-симметричных животных, включая человека, был гораздо более регенеративным. Если у людей сохранились части этих древних путей, то стимулировать регенеративное восстановление может быть проще.

Три ключевых «ингредиента» регенерации

По словам Конора, для регенерации необходимы:

1. Клетки, способные восстановить утраченную ткань.
2. Позиционная информация, направляющая правильную форму и размер новой ткани.
3. Сигнальные пути в месте раны, координирующие эти процессы.

Конор фокусируется на позиционной информации — системе, которая «помнит» правильный план тела. У планарий эта система, работающая через определённые гены в мышечной ткани, действует всю жизнь, как GPS, указывая клеткам, что и где восстанавливать. Есть свидетельства, что позвоночные сохранили некоторые аспекты этой системы.

«Если в тканях взрослых позвоночных существует надёжная система позиционной информации, это не сделает регенеративную медицину лёгкой, но определённо упростит её», — говорит Конор.

Содержание аксолотлей в лаборатории

В Институте Уайтхеда есть собственная колония аксолотлей. Их содержат в отдельных аквариумах (они территориальны) в системе с общей циркуляцией и четырёхступенчатой фильтрацией воды. Температуру поддерживают на уровне 16°C, так как аксолотли — пойкилотермные животные и не могут регулировать свою температуру тела. Основные показатели здоровья — активность жабр и интерес к еде.

Аксолотли в дикой природе

Аксолотли родом из озёр Мехико и имеют важное культурное значение для Мексики (их имя происходит от бога Шолотля, они изображены на 50-песовой купюре). Вид находится под угрозой исчезновения из-за деградации и исчезновения естественной среды обитания. Озёра были осушены, и осталась лишь система каналов Сочимилько. Если в 1990-х годах там насчитывались тысячи аксолотлей на км², то в 2014 году — лишь 35 на км².

Основные угрозы — загрязнение и инвазивные хищники. Усилия по сохранению вида сосредоточены в Мексике, так как только местные популяции являются «диким типом». Большинство лабораторных и домашних аксолотлей — гибриды с тигровой саламандрой, и их нельзя выпускать в природу.

«Биологическое разнообразие животного мира огромно, и когда мы теряем доступ к его изучению из-за вымирания видов, это ограничивает наше понимание всего спектра биологических явлений», — отмечает Конор.