آیا دست و پای قطع‌شدۀ «انسان» می‌تواند دوباره رشد کند؟ شاید «سمندر مکزیکی» پاسخ این سوال را بدهد

فرادید| اکسولوتل‌ها یا سمندرهای مکزیکی همان دوزیستان بامزه‌ای هستند که به خاطر شکل خاص چهره‌شان انگار همیشه لبخند به لب دارند. اما آن‌ها یک توانایی خارق‌العاده هم دارند: آن‌ها می‌توانند اندام‌های از دست‌رفته‌ی بدن‌شان را تنها طی چند هفته دوباره بسازند. حالا در یک پژوهش جدید که دانشمندان امیدوارند روزی به انسان‌ها در بازسازی اندام کمک کند، محققان توانسته‌اند بفهمند این موجودات چگونه این کار را انجام می‌دهند.

به گزارش فرادید؛ جیمز موناگان زیست‌شناس دانشگاه نورث‌ئیسترن و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش به روزنامه واشنگتن‌پست می‌گوید: «اکسولوتل‌ها به نماد توانایی‌های شگفت‌انگیز دنیای جانوران تبدیل شده‌اند».

کشف نقش اسید رتینوئیک در بازسازی اندام

برای درک این توانایی، موناگان و تیمش اکسولوتل‌ها را به‌صورت ژنتیکی مهندسی کردند تا در تاریکی بدرخشند. این روش به آن‌ها کمک کرد مسیرهای مولکولی مرتبط با بازسازی اندام را شناسایی کنند. آن‌ها متوجه شدند ماده‌ای به نام اسید رتینوئیک (که مشتقی از ویتامین A است و در بسیاری از محصولات مراقبت پوست یافت می‌شود) نقش کلیدی در فرآیند بازسازی اندام ایفا می‌کند. نتایج این پژوهش در ژورنال Nature Communications  منتشر شده است.

یکی از یافته‌های مهم این مطالعه این بود که اسید رتینوئیک به اکسولوتل‌ها اطلاع می‌دهد که دقیقاً کدام قسمت از اندام باید بازسازی شود. به‌عبارت دیگر این ماده از آن جلوگیری می‌کند که جانور به‌جای یک دست، کل یک بازو را بسازد.

کاترین مک‌کاسکر زیست‌شناس رشد از دانشگاه ماساچوست بوستون (که در این پژوهش مشارکت نداشته)، می‌گوید: «این پرسشی قدیمی و هیجان‌انگیز برای زیست‌شناسان رشد و بازسازی بوده: بافت در حال بازسازی چگونه می‌فهمد دقیقاً چه چیزی کم شده و باید بازسازی شود».

برای پاسخ به این سؤال، پژوهشگران بازوهای اکسولوتل‌ها را قطع کردند. موناگان توضیح می‌دهد: «مهم است بدانیم که آن‌ها برخلاف پستانداران، پس از قطع عضو نشانه‌ای از درد یا ناراحتی نشان نمی‌دهند و اندام‌شان طی چند هفته کاملاً بازسازی می‌شود».

محققان با افزودن مقادیر مختلفی از اسید رتینوئیک به اکسولوتل‌های قطع عضو، واکنش‌ها را بررسی کردند. به گفته موناگان، نتایج گاهی «شبیه داستان‌های فرانکنشتاین» می‌شد. مثلاً وقتی مقدار زیادی از این ماده به یک نمونه تزریق شد، جانور از روی دستش یک اندام کامل جدید رشد داد.

نقشه‌ای شیمیایی برای بازسازی بدن

محققان متوجه شدند که در بازوی اکسولوتل‌ها، یک شیب طبیعی از غلظت اسید رتینوئیک وجود دارد: نزدیک شانه‌ها این ماده بیشتر است و به‌سمت انگشتان کمتر می‌شود. آنزیمی به نام CYP26B1 وظیفه دارد این اسید را تجزیه کرده و میزان آن را در بخش‌های مختلف بدن تنظیم کند. بنابراین اگر غلظت این اسید کم باشد، تنها انگشت یا پنجه بازسازی می‌شود، اما اگر زیاد باشد، کل بازو یا پا دوباره ساخته می‌شود.

پژوهشگران همچنین ژنی به نام Shox را شناسایی کردند که نقش مهمی در این فرآیند دارد. این ژن یکی از اهداف اصلی اسید رتینوئیک در سلول‌های اکسولوتل است. زمانی که سطح فعالیت اسید رتینوئیک افزایش می‌یابد، ژن Shox نیز فعال می‌شود. این نشان می‌دهد که Shox بخشی از مکانیسم کلیدی بازسازی اندام‌ها در این حیوانات است.

وقتی محققان با استفاده از ابزار اصلاح ژن CRISPR-Cas9 ژن Shox را از DNA اکسولوتل حذف کردند، حیوانات همچنان توانستند دستانی با اندازه طبیعی بسازند، اما بازوهایشان به‌طرز غیرعادی کوتاه شد.

موناگان به نشنال جئوگرافیک می‌گوید: «شواهد نشان می‌دهد آن‌چه به اکسولوتل‌ها توانایی بازسازی یک بازو را می‌دهد، دسترسی به ژن‌های مناسب پس از آسیب‌دیدگی است. آن‌ها می‌توانند برنامه‌های ژنتیکی‌ای را که در ابتدا بازو را ساخته‌اند، دوباره فعال کنند».

آیا این توانایی در انسان هم ممکن است؟

جالب اینجاست که انسان‌ها نیز اسید رتینوئیک و ژن Shox را در بدن خود دارند. این یعنی ما هم مسیرهای ژنتیکی مشابهی با اکسولوتل‌ها برای بازسازی اعضای بدن داریم و فقط باید یاد بگیریم چطور آن‌ها را فعال کنیم. توماس راندو، مدیر مرکز تحقیقات سلول‌های بنیادی دانشگاه UCLA، می‌گوید اگر دانشمندان بتوانند این مسیرها را بازگشایی کنند، شاید بتوان قابلیت‌های ترمیمی انسان را بسیار فراتر از آن‌چه اکنون ممکن است توسعه داد.

موناگان به نشنال جئوگرافیک می‌گوید: «می‌توان آینده‌ای را تصور کرد که در آن دانشمندان وصله‌ای مهندسی کنند که سلول‌های انسان را برای بازسازی عضو آسیب‌دیده بازبرنامه‌ریزی کند».

البته توانایی بازسازی اندام‌های از دست‌رفته در انسان هنوز فاصله زیادی با واقعیت دارد. اما پژوهش‌های پایه‌ای مانند این مقاله جدید گامی مهم در این مسیر هستند.