Menyembuhkan sebelum pernikahan: proliferasi sel dan kemampuan regenerasi ubur-ubur

Apa kesamaan Wolverine, Deadpool dan ubur-ubur? Semuanya memiliki fitur luar biasa - regenerasi. Tentu saja, dalam komik dan film, kemampuan ini, yang umum di antara sejumlah besar organisme hidup nyata, sedikit (dan kadang-kadang sangat) dilebih-lebihkan, tetapi tetap sangat nyata. Dan apa yang nyata dapat dijelaskan oleh apa yang para ilmuwan dari Tohoku University (Jepang) memutuskan untuk lakukan dalam studi baru mereka. Proses seluler apa yang ada dalam tubuh ubur-ubur yang terkait dengan regenerasi, bagaimana proses ini berlangsung, dan kekuatan super apa yang dimiliki makhluk-makhluk seperti ini? Laporan kelompok riset akan memberi tahu kami tentang hal ini. Ayo pergi.

Dasar studi

Pertama-tama, para ilmuwan menjelaskan mengapa mereka memutuskan untuk memusatkan perhatian pada ubur-ubur. Faktanya adalah bahwa sebagian besar penelitian di bidang biologi dilakukan dengan partisipasi yang disebut organisme model: tikus, lalat buah, cacing, ikan, dll. Tetapi ada jutaan spesies yang hidup di planet kita, masing-masing memiliki satu atau kemampuan unik yang lain. Oleh karena itu, mustahil untuk sepenuhnya mengevaluasi proses regenerasi sel dengan mempelajari hanya satu spesies, dan mengasumsikan bahwa mekanisme yang dipelajari akan umum untuk semua makhluk di Bumi.



Adapun ubur-ubur, makhluk-makhluk ini dengan penampilan mereka berbicara tentang keunikan mereka, yang tidak bisa tidak menarik perhatian para ilmuwan. Karena itu, sebelum melanjutkan ke pembedahan studi itu sendiri, saya bertemu dengan karakter utamanya.

Kata "ubur-ubur", yang biasa kita sebut makhluk seperti itu, pada kenyataannya hanya merujuk pada tahap siklus hidup, menyerang dari subtipe Medusozoa . Orang-orang yang mendapat nama yang tidak biasa karena adanya sel penyengat (knidocyte) dalam tubuh mereka, yang digunakan untuk berburu dan membela diri. Sederhananya, ketika ubur-ubur menyengat Anda, Anda bisa berterima kasih kepada sel-sel ini untuk rasa sakit dan penderitaan.

Knidosit mengandung knidocyst, organel intraseluler yang bertanggung jawab atas efek menyengat. Dalam penampilannya dan, karenanya, metode penerapannya, beberapa jenis knidosit dibedakan, di antaranya dapat dibedakan:

• penetran - benang dengan ujung runcing yang menembus tubuh korban atau pelaku, seperti tombak, menyuntikkan neurotoxin;
• glutinants - benang lengket dan panjang yang menyelimuti korban (bukan pelukan yang paling menyenangkan);
• Volvents adalah utas singkat di mana korban dapat dengan mudah menjadi bingung.

Senjata non-standar seperti itu disebabkan oleh fakta bahwa ubur-ubur, meskipun anggun, tetapi tidak makhluk yang sangat gesit. Neurotoxin, yang memasuki tubuh mangsa, langsung melumpuhkannya, yang memberikan banyak waktu bagi ubur-ubur untuk istirahat makan siang.


Ubur-ubur setelah perburuan yang sukses.

Selain metode berburu dan bertahan yang tidak biasa, ubur-ubur memiliki perkembangbiakan yang sangat tidak biasa. Jantan menghasilkan sperma, dan betina menghasilkan telur, setelah fusi yang membentuk planula (larva) yang mengendap di bagian bawah. Setelah beberapa saat, polip tumbuh keluar dari larva, dari mana, setelah mencapai kematangannya, ubur-ubur muda benar-benar putus (pada kenyataannya, tunas terjadi). Dengan demikian, ada beberapa tahapan siklus hidup, salah satunya adalah ubur-ubur atau generasi ubur-ubur.


Cyaney berbulu, juga dikenal sebagai "surai singa."

Jika sianida berbulu ditanya bagaimana meningkatkan efisiensi berburu, itu akan menjawab - lebih banyak tentakel. Ada sekitar 60 di antaranya (kelompok 15 tentakel di setiap sudut kubah). Selain itu, ubur-ubur jenis ini dianggap yang terbesar, karena diameter kubahnya bisa mencapai 2 meter, dan tentakel saat berburu bisa merentang hingga 20 meter. Hal yang baik adalah bahwa spesies ini tidak terlalu "beracun", oleh karena itu tidak berakibat fatal bagi manusia.

Tawon laut, pada gilirannya, akan menambah kualitas kuantitas. Spesies ubur-ubur ini juga memiliki 15 tentakel (panjang 3 m) di masing-masing dari empat sudut kubah, tetapi racun mereka jauh lebih kuat daripada kerabat besar. Diyakini bahwa neurotoksin dalam tubuh tawon laut cukup untuk membunuh 60 orang dalam 3 menit. Badai lautan ini hidup di zona pesisir Australia utara dan Selandia Baru. Menurut data dari tahun 1884 hingga 1996, 63 orang meninggal di Australia, tetapi data ini mungkin tidak akurat, dan jumlah pertemuan fatal antara seseorang dan tawon laut bisa jauh lebih besar. Namun, menurut data tahun 1991-2004, dari 225 kasus, hanya 8% dari korban dirawat di rumah sakit, di antaranya ada satu kematian (anak berusia tiga tahun).


Tawon laut

Sekarang kembali ke pelajaran yang sedang kita pertimbangkan hari ini.

Dari sudut pandang sel, proses yang paling penting dalam seluruh kehidupan organisme adalah proliferasi sel - proses pertumbuhan jaringan tubuh melalui pembelahan sel. Selama pertumbuhan tubuh, proses ini mengatur peningkatan ukuran tubuh. Dan ketika tubuh sepenuhnya terbentuk, sel-sel yang berproliferasi mengatur pertukaran fisiologis sel dan penggantian sel yang rusak dengan yang baru.

Streliki, sebagai kelompok terkait cabang bilateral dan awal pengembangan organisme multiseluler, telah digunakan untuk mempelajari proses evolusi selama bertahun-tahun. Karena itu membungkuk tidak terkecuali dalam aspek proliferasi. Misalnya, selama perkembangan embrio anemon laut Nematostella vectensis, proliferasi sel dikoordinasikan dengan organisasi epitel dan terlibat dalam pengembangan tentakel.


Nematostella vectensis

Di antara hal-hal lain, membungkuk, seperti yang telah kita ketahui, dikenal karena kemampuan regeneratifnya. Selama ratusan tahun, yang paling populer di kalangan peneliti telah dianggap polip hidra (genus usus menetap air tawar dari kelas hidroid). Proliferasi yang diaktifkan oleh sel-sel yang mati memicu regenerasi kepala basal hydra. Nama makhluk ini mengisyaratkan makhluk mitos yang dikenal dengan regenerasinya - hydra Lernean, yang bisa dikalahkan Hercules.

Meskipun kemampuan regeneratif dikelola untuk dikaitkan dengan proliferasi, masih belum jelas bagaimana proses seluler ini berlangsung dalam kondisi normal pada berbagai tahap perkembangan tubuh.

Ubur-ubur, memiliki siklus hidup yang kompleks yang terdiri dari dua tahap reproduksi (vegetatif dan seksual), berfungsi sebagai model yang sangat baik untuk mempelajari proliferasi.

Dalam karya ini, peran individu utama yang diteliti dimainkan oleh ubur-ubur spesies Cladonema pacificum. Spesies ini hidup di lepas pantai Jepang. Awalnya, ubur-ubur ini memiliki 9 tentakel utama, yang mulai bercabang dan bertambah besar (seperti seluruh tubuh) selama perkembangan menjadi dewasa. Fitur ini memungkinkan Anda mempelajari secara terperinci semua mekanisme yang terlibat dalam proses ini.

Selain Cladonema pacificum , penelitian ini juga memeriksa jenis ubur-ubur lainnya: Cytaeis uchidae dan Rathkea octopunctata .

Hasil penelitian

Untuk memahami pola spasial dari proliferasi sel di Cladonema medusa, para ilmuwan menggunakan pewarnaan 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU), yang menandai sel-sel dalam fase-S * atau sel-sel yang telah melewatinya.

S-phase * adalah fase dari siklus sel di mana replikasi DNA terjadi.

Mengingat bahwa Cladonema secara dramatis meningkatkan ukuran dan menunjukkan percabangan tentakel selama perkembangan ( 1A - 1C ), distribusi sel-sel yang berproliferasi dapat berubah sepanjang maturasi.


Gambar No. 1: Fitur Proliferasi Sel di Cladonema Muda.

Karena fitur ini, dimungkinkan untuk mempelajari mekanisme proliferasi sel pada ubur-ubur muda (hari 1) dan dewasa secara seksual (hari 45).

Pada ubur-ubur muda, sel-sel positif-EdU ditemukan dalam jumlah besar di seluruh tubuh, termasuk payung, manubrium (organ pendukung rongga mulut pada ubur-ubur) dan tentakel, terlepas dari waktu paparan EdU ( 1D - 1K dan 1N - 1O, EdU: 20 μM ( mikromolar) setelah 24 jam).

Di manubrium, beberapa sel positif-EdU ( 1F dan 1G ) ditemukan, tetapi dalam payung distribusinya sangat seragam, terutama di kulit luar payung ( exumbrella , 1H - 1K ). Dalam tentakel, sel positif-EdU sangat berkerumun ( 1N ). Penggunaan penanda mitosis (antibodi PH3) memungkinkan untuk memverifikasi bahwa sel-sel positif-EdU adalah sel-sel yang berkembang biak secara tepat. Sel-sel positif-PH3 terdeteksi di dalam payung dan di bohlam tentakel ( 1L dan 1P ).

Dalam tentakel, sel mitosis terutama ditemukan di ectoderm ( 1P ), sementara di payung, sel-sel yang berproliferasi terletak di lapisan permukaan ( 1M ).


Gambar No. 2: Fitur Proliferasi Sel pada Cladonema Dewasa.

Baik pada individu muda dan dewasa, sel-sel positif-EdU ditemukan dalam jumlah besar di seluruh tubuh. Dalam payung, sel-sel EdU-positif lebih sering ditemukan di lapisan permukaan daripada di yang lebih rendah, yang mirip dengan pengamatan pada individu muda ( 2A - 2D ).

Tetapi dalam tentakel, situasinya agak berbeda. Sel-sel EdU-positif terakumulasi di dasar tentakel (bohlam), di mana dua kluster ditemukan di kedua sisi bohlam ( 2E dan 2F ). Pada individu muda, akumulasi yang sama juga diamati ( 1N ), yaitu lampu tentakel dapat menjadi zona proliferasi utama di seluruh tahap medusoid. Menariknya, dalam manubrium orang dewasa, jumlah sel positif-EdU secara signifikan lebih besar daripada pada anak muda ( 2G dan 2H ).

Hasil antara adalah bahwa proliferasi sel dapat terjadi secara merata di payung ubur-ubur, dan di tentakel proses ini sangat terlokalisasi. Oleh karena itu, dapat diasumsikan bahwa proliferasi sel yang seragam dapat mengendalikan pertumbuhan tubuh dan homeostasis jaringan, tetapi kelompok sel yang berproliferasi dekat umbi tentakel terlibat dalam morfogenesis tentakel.

Dalam aspek perkembangan tubuh seperti itu, proliferasi memainkan peran penting dalam pertumbuhan tubuh.


Gambar 3: Pentingnya proliferasi dalam pertumbuhan tubuh ubur-ubur.

Untuk menguji ini dalam praktiknya, para ilmuwan melacak pertumbuhan tubuh ubur-ubur, dimulai dari individu muda. Cara termudah untuk menentukan ukuran tubuh ubur-ubur dengan kubahnya, karena tumbuh merata dan berbanding lurus dengan seluruh tubuh.

Di bawah pemberian makan laboratorium yang normal, ukuran kubah meningkat secara dramatis sebesar 54,8% selama 24 jam pertama - dari 0,62 ± 0,02 mm ² menjadi 0,96 ± 0,02 mm ² . Selama 5 hari pengamatan berikutnya, ukurannya meningkat perlahan dan lancar menjadi 0,98 ± 0,03 mm ² ( 3A - 3C ).

Ubur-ubur dari kelompok lain, yang kekurangan makanan, tidak tumbuh, tetapi menurun (garis merah pada grafik 3C ). Analisis seluler ubur-ubur kelaparan menunjukkan keberadaan sejumlah kecil sel EdU: 1240,6 ± 214,3 pada ubur-ubur dari kelompok kontrol dan 433,6 ± 133 dalam kelaparan ( 3D - 3H ). Pengamatan ini bisa menjadi bukti langsung bahwa nutrisi secara langsung mempengaruhi proses proliferasi.

Untuk menguji hipotesis ini, para ilmuwan melakukan analisis farmakologis di mana mereka memblokir perkembangan siklus sel menggunakan hydroxycarbamide (CH4N2O2), sebuah penghambat siklus sel yang menyebabkan penangkapan G1. Sebagai hasil dari intervensi ini, sel-sel fase-S yang sebelumnya terdeteksi dengan EdU menghilang ( 3I - 3L ). Dengan demikian, ubur-ubur yang terpapar CH ₄ N ₂ O ₂ tidak menunjukkan pertumbuhan tubuh, berbeda dengan kelompok kontrol ( 3M ).

Tahap selanjutnya dari penelitian ini adalah studi terperinci tentang percabangan tentakel ubur-ubur untuk mengkonfirmasi asumsi bahwa proliferasi sel secara lokal dalam tentakel berkontribusi pada morfogenesisnya.


Gambar 4: Efek proliferasi lokal pada pertumbuhan dan percabangan tentakel ubur-ubur.

Tentakel ubur-ubur muda memiliki satu cabang, tetapi seiring waktu jumlahnya bertambah. Dalam kondisi laboratorium, percabangan meningkat 3 kali pada hari kesembilan pengamatan ( 4A dan 4C ).

Sekali lagi, ketika menggunakan CH4N2O2, tidak ada percabangan tentakel yang diamati, dan hanya ada satu cabang ( 4B dan 4C ). Sangat mengherankan bahwa penghapusan CH4N2O2 dari tubuh ubur-ubur memulihkan proses percabangan tentakel, yang menunjukkan reversibilitas intervensi medis. Pengamatan ini jelas menunjukkan pentingnya proliferasi untuk pengembangan tentakel.

Cacing kremi tidak akan menjadi cacing kremi tanpa nematosit (cnidocyte, mis., Sel cacing kremi). Dalam ubur-ubur spesies Clytia hemisphaerica, sel-sel berbentuk batang di umbi tentakel mengantarkan nematocyst ke ujung tentakel tepatnya karena proliferasi sel. Secara alami, para ilmuwan memutuskan untuk memeriksa pernyataan ini juga.

Untuk mendeteksi hubungan antara nematocysts dan proliferasi, digunakan pewarnaan inti yang dapat menandai poli-γ-glutamat yang disintesis di dinding nematocyst (DAPI, mis. 4 ', 6-diamidino-2-phenylindole).

Pewarnaan poli-γ-glutamat memungkinkan kita untuk memperkirakan ukuran nematosit, bervariasi dari 2 hingga 110 μm ² ( 4D - 4G ). Sejumlah nematocyst kosong juga terdeteksi, yaitu nematosit tersebut habis ( 4D - 4G ).

Aktivitas proliferasi dalam tentakel ubur-ubur diverifikasi dengan mempelajari rongga dalam nematosit setelah memblokir siklus sel karena CH4N2O2. Proporsi nematosit kosong pada ubur-ubur setelah intervensi obat lebih tinggi daripada pada kelompok kontrol: 11,4% ± 2,0% pada ubur-ubur dari kelompok kontrol dan 19,7% ± 2,0% pada ubur-ubur dengan CH4N2O2 ( 4D - 4G dan 4H ). Akibatnya, bahkan setelah deplesi, nematosit terus dipasok secara aktif dengan sel-sel progenitor proliferasi, yang menegaskan pengaruh proses ini tidak hanya pada pengembangan tentakel, tetapi juga pada nematogenesis di dalamnya.

Tahap yang paling menarik adalah studi tentang kemampuan regeneratif ubur-ubur. Mengingat konsentrasi tinggi sel-sel proliferatif dalam bohlam tentakel pada ubur-ubur Cladonema dewasa, para ilmuwan memutuskan untuk mempelajari regenerasi tentakel.


Gambar 5: Efek proliferasi pada regenerasi tentakel.

Setelah membedah tentakel di pangkalan, proses regenerasi diamati ( 5A - 5D ). Selama 24 jam pertama, penyembuhan terjadi di daerah sayatan ( 5B ). Pada hari kedua pengamatan, ujungnya mulai memanjang dan bercabang muncul ( 5C ). Pada hari kelima, tentakel sepenuhnya bercabang ( 5D ), oleh karena itu, regenerasi tentakel dapat mengikuti morfogenesis normal dari tentakel setelah pemanjangan.

Untuk mempelajari lebih baik tahap awal regenerasi, para ilmuwan menganalisis distribusi sel-sel yang berproliferasi menggunakan pewarnaan PH3 untuk memvisualisasikan sel-sel mitosis.

Sementara sel-sel pembagi sering diamati di dekat daerah yang diamputasi, sel-sel mitosis tersebar dalam bola-bola tentakel kontrol yang tidak dipotong ( 5E dan 5F ).

Penilaian kuantitatif sel-sel positif-PH3 yang ada dalam umbi tentakel mengungkapkan peningkatan yang signifikan pada sel-sel positif-PH3 dalam umbi tentakel pada individu dengan anggota badan yang diamputasi dibandingkan dengan kelompok kontrol ( 5G ). Sebagai kesimpulan, proses regeneratif awal disertai dengan peningkatan aktif dalam proliferasi sel dalam bola tentakel.

Efek proliferasi pada regenerasi diverifikasi dengan memblokir sel dengan CH4N2O2 setelah memotong tentakel. Pada kelompok kontrol, perpanjangan tentakel setelah amputasi terjadi secara normal, seperti yang diharapkan. Tetapi pada kelompok di mana CH4N2O2 diterapkan, perpanjangan tidak terjadi, meskipun penyembuhan luka normal ( 5H ). Dengan kata lain, penyembuhan akan tetap terjadi, tetapi proliferasi diperlukan untuk regenerasi tentakel yang tepat.

Akhirnya, para ilmuwan memutuskan untuk mempelajari proliferasi spesies ubur-ubur lainnya, yaitu Cytaeis dan Rathkea .


Gambar 6: Perbandingan proliferasi ubur-ubur dari spesies Cytaeis (kiri) dan Rathkea (kanan).

Dalam Cytaeis medusa, sel-sel positif-EdU diamati di manubrium, lampu tentakel dan di bagian atas payung ( 6A dan 6B ). Lokasi sel positif-PH3 yang terdeteksi di Cytaeis sangat mirip dengan Cladonema , namun ada beberapa perbedaan ( 6C dan 6D ). Tetapi di Rathkea, sel-sel EdU-positif dan PH3-positif ditemukan hampir secara eksklusif di daerah lampu manubrium dan tentakel ( 6E - 6H ).

Menarik juga bahwa sel-sel yang berkembang biak sering terdeteksi di ginjal ubur-ubur Rathkea ( 6E - 6G ), yang mencerminkan jenis reproduksi aseksual dari spesies ini.

Mempertimbangkan informasi yang diterima, dapat diasumsikan bahwa proliferasi sel terjadi pada umbi tentakel tidak berarti hanya dalam satu spesies ubur-ubur, meskipun ada perbedaan karena perbedaan fisiologi dan morfologi.

Untuk pengenalan yang lebih rinci dengan nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan .

Epilog

Salah satu karakter sastra favorit saya adalah Hercule Poirot. Detektif yang cerdik itu selalu memberi perhatian khusus pada detail kecil yang tampaknya tidak penting bagi orang lain. Para ilmuwan mengingatkan banyak detektif yang mengumpulkan semua bukti yang dapat ditemukan untuk menjawab semua pertanyaan investigasi dan menghitung "pelakunya".

Tidak peduli seberapa jelas hal ini terdengar, regenerasi sel-sel ubur-ubur berhubungan langsung dengan proliferasi - suatu proses integral dalam pengembangan sel, jaringan dan, sebagai hasilnya, seluruh organisme. Sebuah studi yang lebih teliti dari proses komprehensif ini akan memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang mekanisme molekuler yang melatarbelakanginya, yang pada gilirannya akan memperluas tidak hanya spektrum pengetahuan kita, tetapi juga secara langsung mempengaruhi kehidupan kita.



Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan menempatkan pesanan atau merekomendasikannya kepada teman Anda, diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang diciptakan oleh kami untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps mulai dari $ 20 atau cara membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?