По-видимому, их ткани реорганизуются, и просто продолжают жить дальше
Органы, конечности, придатки и другие сложные ткани обычно быстро разлагаются, когда их отделяют от организма-хозяина. На протяжении многих лет биологи добивались определённых успехов в поддержании их жизнеспособности вне организма — от этого зависит трансплантация органов — но для этого всегда требовались стерильные условия и богатые питательными веществами среды, насыщенные факторами роста. Однако теперь учёные обнаружили, что кусочки ткани, взятые у вида морского огурца под названием Psolus fabricii, могут жить бесконечно, если их оставить в обычной морской воде.
«Это естественное бессмертие тканей», — сказала Сара Джобсон, исследовательница из Мемориального университета Ньюфаундленда и ведущий автор исследования. «Это неслыханно, чтобы ткани выживали так легко. Мы никогда не видели ничего подобного».
LiPfe: начало
Psolus fabricii — это вид морского огурца, обитающий в холодных водах Атлантического и Северного Ледовитого океанов. Его нижняя сторона, называемая подошвой, мягкая и окружена кольцом трубчатых ножек, с помощью которых он цепляется за скалы. Прикрепившись к скале, он вытягивает в воду мягкие разветвлённые щупальца, чтобы питаться взвешенными в воде частицами. Поскольку эти морские огурцы обитают в суровых условиях, их ножки и щупальца часто травмируются или вообще утрачиваются. Поэтому эволюция наделила эти участки невероятно высокой способностью к регенерации.
Хотя морские огурцы могут легко отращивать эти части, у них нет способности к регенерации всего тела, как у плоских червей или некоторых морских звёзд. Их отрезанные кусочки не превращаются в новых морских огурцов. Но оказывается, что они и не умирают.
«Мы не ставили перед собой цель найти бессмертные ткани, — сказал Джобсон. — Наша лаборатория специализируется на морских огурцах, и этот морской огурец использовался в других исследованиях. Одна из моих коллег случайно заметила, что его ампутированная ткань просто продолжала жить, и казалось, что она заживает и выживает, причём коллега не делала ничего особенного, чтобы сохранить её. Это было случайное открытие».
Это случайное открытие быстро превратилось в организованный долгосрочный эксперимент. Исследователи взяли отрезанные трубчатые ножки, группы трубчатых ножек, называемые амбулакрами, и щупальца P. fabricii и обнаружили, что все они выживали при помещении в естественную, нестерильную морскую воду.
«Мы исследовали все эти структуры, но основное внимание уделили трубчатым ножкам», — сказал Джобсон. При отсечении трубчатых ножек края раны представляли собой хаотичное скопление отсутствующих или фрагментированных участков эпидермиса и соединительной ткани. В течение двух дней эксплантаты начали отторгать эту поврежденную ткань. Внутри организма из внутренних соединительных тканей к поврежденному участку устремился большой поток целомоцитов — иммунных клеток морского огурца, по-видимому, для содействия защите и регенерации организма.
К шестому дню здоровая ткань свернулась внутрь, полностью закрыв место раны; отрезанный орган был более или менее восстановлен до рабочего состояния.
Оказалось, что эксплантаты LiPfe не просто выживали; они активно реорганизовывали свою структуру, чтобы адаптироваться к новому, отрезанному состоянию. Сначала произошло сжатие. В течение первой недели ткань уменьшилась в диаметре примерно на 23%. С течением времени она стабилизировалась и обратила эту тенденцию вспять. Через 60–120 дней после удаления LiPfe вернулись к своему первоначальному размеру, а через год они стали на 12% больше, чем в момент извлечения из организма-хозяина.
Исследователи представили эти ткани как совершенно новый класс живого материала, который они назвали LiPfe — живые бессмертные эксплантаты P. fabricii. И с течением времени LiPfe устроили настоящее зрелище.
Метаморфоза
Внутренняя структура ножной трубки морского огурца представляет собой смесь эпидермальной ткани, соединительной ткани, нервного сплетения, мышечной ткани и внутреннего просвета. Однако отделённые эксплантаты начали разлагать те свои части, которые больше не были нужны. Мышечная ткань, которая изначально составляла 17% эксплантата, постепенно подвергалась инвазии со стороны целомоцитов, которые расщепляли мышцу на мелкие фрагменты и разрушали её структуру. Через 180 дней мышечная ткань и просвет полностью исчезли из экспланта.
На их место вышла соединительная ткань, которая стала доминирующей структурой. Коллагеновые фибриллы внутри неё начали объединяться в пучки, образуя прочные полосы или полосатость, похожую на исчезнувшие мышцы. К концу первого года соединительная ткань составляла 74% экспланта, в то время как эпидермальная ткань истончилась и занимала всего 20%.
Внешний вид тоже изменился. Цвет эксплантов изменился с красного или оранжевого на более светлый белый или розовый. Клетки с красным пигментом сгруппировались в небольшие скопления и мигрировали к центру ткани, делая внешние края эксплантов всё более прозрачными.
За год эксплантаты LiPfe преобразовались в похожие на внеземную форму жизни прозрачные шары с большой красной клеточной массой в центре.
Однако у них не сформировалось ни одного отверстия и ничего, даже отдалённо напоминающего пищеварительную систему. «Один из первых вопросов, который у нас возник, заключался в том, как им удавалось поддерживать клеточную энергию», — сказал Джобсон.
Кормление комков
Чтобы проверить, как LiPfe поддерживает себя, команда Джобсона подвергла эксплантаты воздействию изотопно-меченых аминокислот и аммония. Через шесть дней после извлечения ткани продемонстрировали значительный всплеск поглощения растворённых аминокислот. LiPfe напрямую всасывали питательные вещества из окружающей морской воды, чтобы обеспечить восстановление тканей и выживание. И они могли выживать очень долго.
Учёные отметили, что некоторые эксплантаты трубчатых ножек выживали годами, просто лёжа на дне резервуаров, покрытые слоем твёрдых частиц и окружённые другими живыми организмами. Некоторые были полностью погребены под 10 миллиметрами ила и по-прежнему демонстрировали ту же морфологию: круглую форму, прозрачный край и красное ядро. Единственное, что, по-видимому, могло им навредить, — это близость к разлагающимся тканям других видов. «Это заставляло их бороться за выживание», — сказал Джобсон. «Я думаю, что там были токсины или вредные вещества, с которыми их иммунная система не могла справиться».
Команда также обнаружила, что бессмертие отрезанных тканей, насколько нам известно, является уникальной особенностью P. fabricii. Исследователи провели сравнительные эксперименты с эксплантатами тканей родственных видов морских огурцов, и ни один из них не продемонстрировал аналогичной выживаемости тканей.
Огурцы-зомби
Ещё в 1951 году врачи больницы Джонса Хопкинса в Балтиморе взяли образец злокачественной опухоли шейки матки у 31-летней матери пятерых детей Генриетты Лакс. Когда позже они вырастили эти клетки в культуре, они заметили, что их количество удваивается каждые 24 часа в, казалось бы, бесконечном цикле. Клетки HeLa, названные в честь пациентки, стали первым в истории человечества примером клеточного бессмертия. «Это произвело революцию в клеточной биологии и во многих областях медицинских исследований», — говорит Джобсон.
Однако HeLa представляла собой лишь один тип клеток. LiPfe предлагает новую экспериментальную модель, которая позволяет учёным работать со структурированным фрагментом ткани животного, сохраняющим собственную иммунную активность, клеточный цикл и поступление питательных веществ, без этических проблем, связанных с экспериментами на живых животных. «В эволюционном древе морские огурцы находятся относительно близко к млекопитающим, и ранее уже отмечалось, что они обладают потенциалом для междисциплинарных исследований», — сказал Джобсон.
Авторы исследования также отмечают, что обнаружение естественно бессмертных сложных тканей бросает вызов нашим традиционным представлениям о том, что на самом деле означает быть живым. «Нас часто спрашивают: „Действительно ли эти ткани живые?“ И здесь вопрос приобретает философский оттенок — пока мы ласково зовём их „зомби“», — сказал Джобсон.
Эксплантаты LiPfe не являются мёртвыми, поскольку их ткани не разлагаются и не разрушаются, а также по-прежнему поглощают питательные вещества. С другой стороны, шарики LiPfe не размножаются, а размножение является одной из фундаментальных характеристик жизни. «Они не превращаются в нового морского огурца, а перестраиваются в форму, наиболее подходящую для них в их текущем состоянии, — пояснил Джобсон. — Таким образом, они, похоже, функционируют как совершенно новое целое».
Прежде чем решать философские дилеммы о LiPfe, команда хочет сначала понять основы. Первый вопрос заключается в том, как на самом деле работает бессмертие тканей у P. fabricii. «Есть ли что-то уникальное, редкое, странное, чего мы не видели у других морских огурцов, что позволяет им это делать?» — задался вопросом Джобсон. Второй вопрос заключается в том, почему этот эффект вообще существует — играет ли эта способность какую-то эволюционную роль или является просто побочным продуктом высокой регенеративной способности.
Наконец, мы до сих пор не знаем, как долго на самом деле живут P. fabricii с их бессмертными тканями. «Это отличный вопрос», — сказал Джобсон. «К сожалению, существует очень мало инструментов, которые подходят для определения возраста морских огурцов».