„Безсмъртната медуза“ разкрива нови възможности за изследване на стареенето при хората

Малката полупрозрачна медуза Turritopsis dohrnii се оказва изненадващо устойчива на опитите да бъде унищожена. Морският биолог Мария Милиета от Тексаския университет A&M в Галвестън е подлагала тези организми на всевъзможни изпитания – разрязвала ги е, поставяла ги е във вряща вода, оставяла ги е без храна, увеличавала е концентрацията на сол в аквариумите им и ги е прехвърляла в сладка вода. Въпреки това необикновените създания сякаш всеки път успяват да избегнат смъртта.

При неблагоприятни условия медузите прекратяват движението си и потъват на дъното на аквариума. След това настъпва забележителна трансформация – телата им се превръщат в кълбовидни образувания от клетки, които нямат нищо общо с характерната форма на възрастната медуза с нейните пипала и подобно на чадър тяло. В рамките на един до три дни от тази клетъчна маса се образува полип – ранен етап от жизнения цикъл на медузата. Той постепенно се развива в колония, от която впоследствие се появяват нови възрастни екземпляри.

„От една медуза, която не умира, се получава цяла колония, способна да произведе стотици нови медузи“, обяснява пред BBC Милиета.

На теория всяка от тях може да премине през същия процес на подмладяване, демонстрирайки привидно неограничена способност да се връща към по-ранен етап от развитието си.

Милиета и други учени вече изследват генетичните и молекулярните механизми, които позволяват на Turritopsis dohrnii да извършва тази необикновена трансформация. Надеждата е, че разкриването на биологичните ѝ тайни един ден ще помогне за задействането на сходни процеси и при хората.

194-годишната костенурка Джонатан, която може да разкрие тайните на дълголетието

Целта на изследванията не е да се обърне процесът на човешкото развитие, а да се открият механизми, чрез които клетките и тъканите да възстановяват характеристики, присъщи на по-млада възраст. Подобен подход би могъл да ускори зарастването на рани, да подпомогне регенерацията на увредени тъкани и да допринесе за лечението на заболявания, свързани със стареенето.

„Смятам, че крайната цел е регенеративната биология – възможността да се обърнат процесите на дегенерация и увреждане, които настъпват с възрастта“, казва Майкъл Колдобски, детски онколог и лекар изследовател в университета „Джонс Хопкинс“.

„Все още сме много далеч от практическото приложение на тези механизми при хората. Но изучаването на организми, развили подобни способности преди милиони години, може да се окаже изключително полезно“, допълва той.

Способността на Turritopsis dohrnii да се подмладява е описана за първи път през 1992 г. от италиански учен, който отглеждал медузите в лаборатория и забравил да ги нахрани през уикенда. Когато се върнал, очаквал да ги намери мъртви. Вместо това открил нови полипи в съда. 

Скоро след това биологът Стефано Пираино от университета в Саленто, Италия, започва да проучва как е възможно подобно подмладяване.

По време на ембрионалното развитие т.нар. стволови клетки се размножават и постепенно се специализират в нервни, мускулни и други видове клетки, изграждащи организма. Обикновено, след като придобият определена функция, те запазват тази специализация до края на жизнения си цикъл.

Пираино обаче установява, че при подмладяването на „безсмъртната медуза“ определени тъкани преминават през процес, наречен трансдиференциация. При този процес определени зрели клетки губят първоначалната си специализация и придобиват характеристики, които им позволяват да се преобразуват в други клетъчни типове. 

„Зрелите клетки губят своята специализация и се превръщат в нещо друго, необходимо за образуването на полипа“, пояснява Милиета, която преди е работила в лабораторията на Пираино. Именно тази способност носи на Turritopsis dohrnii прозвището „безсмъртната медуза“.

Доколкото е известно на учените, подобен механизъм е уникален в животинското царство. Някои гущери, червеи и земноводни могат да възстановяват изгубени или увредени части от тялото си, но никой от тях не е способен да върне целия си възрастен организъм към ранна фаза от развитието му.

Turritopsis dohrnii показва, че някои организми могат да обръщат определени процеси, свързани със стареенето, макар това да не означава, че са защитени от смърт.

Цената на дълголетието поскъпва все повече – но купуват ли здраве терапиите за богати

Генетичните механизми на подмладяването

Днес Милиета и нейни колеги се опитват да установят кои генетични процеси позволяват на клетките да се връщат към по-ранни етапи от развитието си.

Според Колдобски най-големият пробив би бил откриването на молекулярен „превключвател“, който управлява тази трансформация. Ако подобен механизъм съществува и при хората, учените биха могли да намерят начин да го активират и така да възстановяват по-млади функционални състояния на човешките клетки.

Това потенциално би ускорило регенерацията на увредени тъкани след инсулти или инфаркти, както и зарастването на рани. Възможно е дори да помогне за ограничаване на свързаната с възрастта загуба на зрение или невродегенеративните увреждания при болестта на Алцхаймер.

„Няма да се върнем към ембрионалното си състояние и да започнем развитието си отначало. Но на равнището на органите и тъканите смятам, че подобна възможност е напълно реалистична“, посочва Колдобски.

Изследванията все още са в начален етап, но вече дават първите насоки.

В проучване от 2022 г. международен екип сравнява гените на Turritopsis dohrnii с тези на сроден вид медуза, за който не е известно да притежава способност за подмладяване. Учените обаче не изключват възможността подобни механизми да съществуват и при други видове, тъй като голяма част от тях остават слабо проучени.

Анализът установява, че Turritopsis dohrnii има повече копия на гени, свързани с възстановяването на увреждания в ДНК и поддържането на теломерите – защитни структури в краищата на хромозомите, които обикновено се скъсяват с възрастта. Тези генетични особености може да допринасят за необичайната способност на медузата да се подмладява, макар точните механизми все още да не са изяснени.

За да разбере по-добре как протича този процес, Милиета изследва активността на гените през различните етапи от жизнения цикъл на Turritopsis dohrnii. Особено внимание тя отделя на кълбовидния стадий, известен като циста, когато клетките променят своята специализация и впоследствие образуват нови полипи.

Стартъп за дълголетие тества върху човек първото лекарство за възстановяване на зрението

„Това може да е признак, че въпросните гени участват в този уникален процес“, обяснява пред BBC изследователката.

В проучвания от 2019 и 2021 г. нейният екип установява повишена активност както на гени с все още неизвестни функции, така и на такива, свързани с възстановяването на ДНК и поддържането на теломерите.

Друго предварително изследване, проведено от Милиета, открива известно припокриване между гените, чиято активност се увеличава в стадия на циста, и гени, които при хората са свързвани с дълголетието.

Според нея това подкрепя предположението, че двата вида могат да споделят определени биологични механизми.

В момента Милиета работи съвместно с Колдобски, за да изясни тези процеси и впоследствие да провери дали е възможно да бъдат задействани в човешки клетки.

Учените вече са открили определени начини за предизвикване на процеси, наподобяващи подмладяване, в клетки на бозайници. Прилагането им върху човешки тъкани обаче се оказва трудно.

Колдобски се надява, че изучаването на Turritopsis dohrnii ще разкрие нови и по-ефективни подходи.

Уязвимостта на един „безсмъртен“ организъм

Освен потенциалните приложения в медицината Turritopsis dohrnii поставя и по-общи въпроси за природата на живота и смъртта.

Бумът при пептидите и рисковете зад обещанията за дълголетие

„Успокояващо е да мислим, че природата е намерила решение на един от основните човешки проблеми – стареенето и смъртта“, казва Милиета.

Според нея изключителната устойчивост на медузата може да обясни и широкото ѝ разпространение в световните океани – от Средиземно море до Карибския басейн и Япония.

Въпреки привидното си безсмъртие обаче този организъм е изненадващо уязвим.

Милиета посочва, че част от медузите в лабораторията ѝ изобщо не успяват да се подмладят. Дори при онези, които притежават тази способност, е възможно да съществува ограничение в броя на циклите на подмладяване, след което организмът все пак да загине от старост.

Установяването на подобна граница е трудно, защото видът изисква специфични условия за оцеляване и продължителното му отглеждане в лаборатория представлява сериозно предизвикателство.

В естествената среда съществуват и множество фактори, които вероятно причиняват смъртта на тези медузи – недостиг на планктон, с който се хранят, хищници или водорасли, които могат да задушат колониите им.

Според Мария Паскуал-Торнер от испанския Институт по морски науки, именно това противоречие е един от най-важните уроци, които видът предлага.

„Макар да притежава способността да се подмладява и теоретично да не умира от старост, той същевременно е изключително уязвим организъм“, отбелязва тя.

„Безсмъртната медуза ни напомня също, че животът и смъртта са неразделни части от една и съща действителност.“