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Un progetto per rigenerare gli arti
A modo suo, la salamandra axolotl è una potente bestia. Tagliagli la gamba e la creatura con le branchie ne crescerà una nuova. Congelate una parte del suo cuore e l'organo si formerà di nuovo. Ritagliate metà del suo cervello e sei mesi dopo, un'altra metà sarà germogliata al suo posto. Puoi fargli qualsiasi cosa tranne ucciderlo e si rigenererà, afferma Gerald Pao, ricercatore post-dottorato presso il Salk Institute for Biological Studies, a La Jolla, in California.
Arti in crescita: La salamandra axolotl è uno dei pochi vertebrati in grado di far ricrescere interi arti da adulto. Gli scienziati stanno ora sequenziando parti del suo genoma insolitamente grande per comprendere le basi genetiche di questa capacità.
Quello straordinario potere di rigenerazione ha ispirato Pao e il suo collaboratore Wei Zhu, anche lui al Salk Institute, a sondare il DNA della salamandra axolotl. Nonostante decenni di ricerche sulla salamandra, si sa poco del suo genoma. Le cose hanno iniziato a cambiare l'anno scorso, quando Pao e i suoi collaboratori hanno vinto un miliardo di basi di sequenziamento gratuito da Scienze Applicate Roche , con sede a Penzberg, in Germania. Ora che i dati sono disponibili, gli scienziati possono finalmente iniziare la caccia al programma genetico che dota l'animale delle sue capacità uniche.
Mentre tutti gli animali possono rigenerare i tessuti in una certa misura - possiamo far crescere muscoli, ossa e nervi, per esempio - salamandre e tritoni sono gli unici vertebrati che possono far crescere interi organi e arti sostitutivi da adulti. Quando una gamba viene persa a causa di un infortunio, le cellule vicine alla ferita iniziano a dedifferenziarsi, perdendo le caratteristiche specializzate che le rendevano una cellula muscolare o una cellula ossea. Queste cellule quindi si replicano e formano un arto, o blastema, che continua a far crescere un arto nello stesso modo in cui si forma durante il normale sviluppo.
Gli scienziati hanno identificato alcuni dei segnali molecolari che svolgono un ruolo chiave nel processo, ma il progetto genetico alla base della rigenerazione rimane sconosciuto. I ricercatori sperano che scoprendo questi trucchi molecolari, possano infine applicarli agli esseri umani per far ricrescere il cuore o il tessuto cerebrale danneggiati e forse anche far crescere nuovi arti.
Per identificare rapidamente le sezioni del genoma della salamandra coinvolte nella rigenerazione, gli scienziati hanno sequenziato i geni che erano maggiormente espressi durante la formazione e la crescita delle gemme degli arti. Hanno scoperto che durante la rigenerazione sono stati trascritti almeno 10.000 geni. Circa 9.000 di questi sembrano avere versioni umane correlate, ma sembrano essercene alcune migliaia in più che non assomigliano a geni conosciuti. Pensiamo che molti di loro siano geni che si sono evoluti unicamente nelle salamandre per aiutare in questo processo, afferma Randal Voss , un biologo dell'Università del Kentucky, che sta lavorando al progetto.
I ricercatori hanno ora in programma di realizzare un chip genetico progettato per rilevare i livelli di alcuni di questi geni candidati, in modo che gli scienziati possano determinare esattamente a che punto durante il processo di rigenerazione i geni vengono attivati. Il team sta anche sviluppando strumenti molecolari che consentono loro di silenziare geni specifici, che consentiranno loro di individuare quelli cruciali per una corretta ricrescita.
Gli scienziati hanno anche sequenziato pezzi casuali del genoma della salamandra. Con circa 30 miliardi di basi e 10 volte la dimensione del genoma umano, è uno dei più grandi tra i vertebrati. La maggior parte degli scienziati si aspettava che il DNA extra fosse costituito da DNA spazzatura, lunghi tratti di basi tra i geni. Ma i primi risultati sono stati sorprendenti. I geni sono in media da 5 a 10 volte più grandi di quelli di altri vertebrati, afferma Voss. Si stima che la regione del genoma contenente i geni sia più di due gigabase, che è grande quanto alcuni interi genomi.
Le sequenze di DNA extra si trovano all'interno dei geni e vengono tagliate durante la traduzione dal gene alla proteina. Gran parte di questo DNA comprende sequenze ripetitive che fino ad oggi non si trovano in nessun altro organismo, afferma Pao. Tuttavia, non è ancora chiaro se questi allungamenti ripetitivi aiutino a facilitare la rigenerazione o svolgano qualche altro ruolo nel ciclo di vita della salamandra.
Una delle domande chiave che devono ancora essere risolte è se la salamandra ha proprietà genetiche uniche che consentono la rigenerazione o se tutti gli animali hanno quella capacità innata. Se otteniamo un gene totalmente unico presente solo nell'axolotl, ciò renderebbe davvero difficile la replicazione, afferma David giardiniere , un biologo dell'Università della California, Irvine, che sta anche collaborando al progetto. Preferisce pensare che la rigenerazione derivi da una fondamentale capacità dormiente nei mammiferi, che potrebbe essere risvegliata con qualche semplice stimolo genetico. La maggior parte dei tessuti del nostro braccio si rigenera; è solo il braccio che non si rigenera, dice. Quello che manca è come coordinare una risposta per ottenere una struttura integrata.