Что могут узнать учёные от светящихся в темноте червей? Секреты регенерации, для начала

Отрежьте голову трёхполосому пантерному червю — и на её месте вырастет новая, с ртом, мозгом и всем остальным. Отрежьте хвост — вырастет другой. Разрежьте червя на три части — и через восемь недель будет три полностью сформированных червя.

Проще говоря: трёхполосые пантерные черви — одни из лучших в мире в плане регенерации всего тела. Именно поэтому учёные начали изучать этого червя размером с Tic Tac, чтобы понять, как ему удаётся это удивительное достижение. Теперь команда исследователей выводит изучение этих червей на новый уровень, заставляя их светиться в темноте.

Работа описана в новой статье в Developmental Cell под руководством Манси Шриваставы, профессора организменной и эволюционной биологии в Гарварде, которая впервые собрала этих червей в 2010 году для использования в качестве модельного организма.

Свечение червей в УФ-свете может показаться трюком, но исследователи объясняют, что это не так.

Научный способ сказать это — черви теперь трансгенные. Трансгенез — это когда учёные вводят в геном организма нечто, что обычно не является его частью. "Это инструмент, который биологи используют для изучения того, как клетки или ткани работают внутри тела животного", — сказала Шривастава.

Фактор свечения в темноте возникает благодаря введению гена, который, превращаясь в белок, испускает определённое флуоресцентное свечение. Эти флуоресцентные белки светятся зелёным или красным и могут, например, привести к свечению мышечных или кожных клеток.

Это "свечение" позволяет визуализировать с гораздо лучшей детализацией, как выглядят клетки, где они находятся в организме и как взаимодействуют друг с другом.

Исследователи также могут добавлять или удалять конкретную информацию в геноме червя. Именно этот уровень точности — как в визуальном разрешении клеток, так и в возможности добавлять в геном или даже изменять его по своему желанию — делает трансгенез особенно мощным. Он позволяет изучать конкретный механизм любого процесса в организме.

В случае трёхполосых пантерных червей, морских животных, научно известных как ацельные черви Hofstenia miamia, исследователи могут проводить очень точные манипуляции, например, отключать определённые гены. Это может заставить червя совершать ошибки в регенерации, например, вырастить хвост вместо головы или две головы вместо одной и в неправильном месте. В конечном итоге это может помочь учёным точно определить, какие гены необходимы червю для осуществления его обычно идеальной регенерации всего тела.

Теперь, с возможностью создавать трансгенных червей, исследователи больше всего хотят изучить популяцию стволовых клеток, критически важных для регенерации. Эти клетки называются необластами и считаются плюрипотентными, то есть способными производить любой другой тип клеток в организме, такие как нейроны, клетки кожи, мышечные клетки или клетки кишечника.

"Мы не знаем, как ведёт себя любая из этих клеток в организме животного во время регенерации", — сказала Шривастава. — "Наличие трансгенных червей позволит нам наблюдать за клетками в контексте животного во время его регенерации".

Уже сейчас трансгенез у этих червей позволил учёным получить новые биологические данные о том, как мышечные волокна червя соединяются друг с другом и с другими клетками, например, клетками кожи и кишечника. Исследователи увидели, что мышечные клетки имеют выросты, которые сцепляются в плотные колонны и образуют тесно связанную сеть, придающую червю структуру и поддержку, почти как скелет.

Исследователи хотят узнать далее, делают ли мышцы что-то большее, чем просто скрепляют всё вместе, — возможно, они также хранят и передают информацию о том, что нужно регенерировать.

Создание трансгенной линии червей занимает около восьми недель, и лаборатория Шриваставы отточила этот процесс. Они вводят модифицированную ДНК в только что оплодотворённые эмбрионы. Затем эта ДНК и её модификации включаются в геном клеток по мере их деления. Когда этот червь вырастет, он будет светиться, и это свечение передастся его детям и внукам.

Шривастава изучает этих червей уже десять лет, с тех пор как собрала 120 особей на Бермудах, будучи постдокторантом в Институте Уайтхеда. В 2015 году она присоединилась к Гарвардскому отделу организменной и эволюционной биологии и запустила исследовательскую программу, посвящённую изучению регенерации и стволовых клеток у пантерных червей. В исследовании 2019 года Шривастава и её коллеги обнаружили ряд переключателей ДНК, которые, по-видимому, контролируют гены регенерации всего тела у червей.

Изучая червей так долго, Шривастава и её команда очень к ним привязались — к их полосатому рисунку и интригующему поведению: от того, как они спариваются, до того, как они являются весьма прожорливыми хищниками, иногда даже каннибалами. Например, если их долго не кормить и несколько особей окажутся в одном аквариуме, они будут откусывать куски друг от друга. Здесь регенерация очень кстати, но если там окажется червь намного крупнее, известно, что некоторые могут проглотить мелких червей целиком.

При всём при этом: "Они совершенно очаровательны", — сказала Шривастава. — "Это красивые организмы".