Több mint egy évszázaddal ezelőtt Hilde Mangold embriológus egy furcsa kísérletbe vágott bele, amely forradalmasította a biológiát. Az 1920-as években, még doktoranduszként egy gőtefaj embrióiból vett sejtcsomókat átültetett egy másik faj embrióiba. Az átültetett sejtek egy másodlagos testtengely kialakulását idézték elő, idegrendszerrel és a gerinc előzményével együtt. Mangold kimutatta, hogy a másodlagos testtengely nagy része a befogadó embrió szöveteiből fejlődött ki.
A testtengely kialakulását irányító embrionális „szervezők” felfedezése a fejlődésbiológia egy teljesen új területét hozta létre, mondja Stanislav Kremnyov, a Jénai Friedrich Schiller Egyetem biológusa, aki jelenleg is Mangold nyomdokaiban haladva tevékenykedik. A Nature folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmányában Kremnyov és kollégái egy új embrionális szervezősejt felfedezéséről számolnak be a bordásmedúzáknál (Ctenophora), valamint ezek sikeres átültetéséről tengerirózsákba (Cnidaria) – amelyek egy teljesen más törzsbe tartoznak –, ami extra szájak és garatok kifejlődéséhez vezetett.
Sok kutató úgy véli, hogy a bordásmedúzák az állatok családfájának legkorábbi ágához tartoznak.
Kremnyov és kollégái azzal érvelnek, hogy a szervezősejtek megjelenése segítette az egysejtű organizmusok állatokká történő átalakulását.
A test művezetői
Bár Mangold 1924-ben tragikus módon életét vesztette egy otthoni gázrobbanásban, felfedezésnek köszönhetően témavezetője, Hans Spemann elnyerte az 1935-ös élettani és orvostudományi Nobel-díjat. Spemann laboratóriuma a fejlődésbiológia új központjává vált, vezető szakértőket csábítva arra, hogy vizsgálják a szervezősejteket, és hasonló funkciókat keressenek más fejlődő szövetekben is.
„Őrült dolgokat műveltek” – mondja Kremnyov. Például csigákból és egérvesékből származó szöveteket ültettek át békaembriókba, ezzel bizonyítva, hogy ezek is rendelkeznek szervezőképességgel. Később, az 1980-as és 1990-es években a kutatók feltárták a szervezősejtek molekuláris alapjait: a morfogének néven ismert jelátvivő molekulákat.
Kremnyov elmondása szerint a szervezősejtek és az általuk kibocsátott morfogének úgy viselkednek, mint egy építési művezető a fejlődő embrióban: megmondják a sejteknek, mit kell tenniük és mit kell felépíteniük.
Az organizátorokkal kapcsolatos kutatások eddig főként a gerincesekre összpontosultak. 2007-ben azonban egy nemzetközi kutatócsoport ilyen sejteket fedezett fel a tengerirózsák (Nematostella vectensis) embrióiban. Ezek egy olyan állati leszármazási vonalhoz tartoznak, amely a bordásmedúzák kialakulását követően ágazott le. Az eredmény komoly kérdéseket vetett fel a szervezősejtek evolúciós eredetét illetően.
Szájak és garatok
Kremnyov témavezetője és a tanulmány társszerzője, Andreas Hejnol fejlődésbiológus a Jénai Friedrich Schiller Egyetemen egy szokatlan gerinctelenekből álló „állatkertet” tart fenn, amelyben tengerirózsák, farkosférgek és laposférgek is találhatók. A „mikroállatkertbe” Kremnyov egy bordásmedúzát (Mnemiopsis leidyi) is betelepített, amikor elkezdett dolgozni a laborban.
Az M. leidyi rendkívül termékeny, és naponta lerak átlátszó embriókat. Az állat vizsgálata során Kremnyov blasztospóráknak nevezett embrionális struktúrák kialakulását figyelte meg, amelyek más állatoknál az embrionális szervezősejteknek adnak otthont. Ezek a struktúrák a gasztruláció nevű folyamat során jelennek meg, amely a bordásmedúzáknál a megtermékenyítés után néhány órával következik be.
Annak vizsgálatára, hogy a blasztospóra sejtjei szervezőként működhetnek-e, a szakértő egy M. leidyi embrió szöveteinek egy részét átültette egy másik M. leidyi embrió másik részére. Az eredmények megegyeztek Mangoldéval: a keletkező lárváknak két teljesen működőképes szájuk alakult ki. Amikor Kremnyov az M. leidyi szöveteit egy N. vectensis tengerirózsa embrióiba ültette át, az eredmények az átültetések körülbelül 10%-ában hasonlóak voltak. Ezek a lárvák két szájjal és két garatcsatornával rendelkeztek.
További kísérletek arra utaltak, hogy az M. leidyi szervezősejtjeinek működését részben ugyanazok a jelátviteli útvonalak koordinálják, amelyekről 2007-ben kimutatták, hogy a tengerirózsák szervezősejtjeiben is aktívak. Ezek a gerinces embriók szervezősejtjeiben szereplő molekuláris közreműködőkkel is rokonságban állnak.
„Ezek az építésvezetők univerzális nyelven tudnak kommunikálni. Képesek megmondani a különböző törzsekhez tartozó sejteknek is, hogy mit építsenek”
– mondja Kremnyov.
Az állatok eredete
Az a felfedezés, hogy a bordásmedúzák szervezősejtjeit más állatokéhoz hasonló jelátviteli hálózat szabályozza, nagyon izgalmas, és alátámasztja azt az elképzelést, hogy a szervezőtevékenység megjelenése kulcsfontosságú lépés lehetett az állatok evolúciójában. A kutatók úgy vélik, hogy az első állatok egysejtű ősei képesek voltak specializált sejteket képezni és csomókat formálni. De Kremnyov és Hejnol csapata szerint éppen a szervezősejtek tevékenysége biztosított rendet ezekben a csomókban.
Carl-Philipp Heisenberg, az Ausztriai Tudományos és Technológiai Intézet fejlődésbiológusa úgy véli, hogy még néhány molekuláris pontot azért össze kell kötni ahhoz, hogy teljes mértékben megértsük, hogyan működnek a bordásmedúza-szervezősejtek – és mennyire fedik egymást a gerincesek hasonló sejtjeivel.
Mark Martindale, a floridai St. Augustine Egyetem fejlődésbiológusa ugyanakkor nincs meggyőzve arról, hogy a transzplantációs kísérletek bizonyítékot szolgáltatnának a bordásmedúza-szervezősejtek létezésére. Szerinte nincs bizonyíték arra, hogy az átültetett sejtek megváltoztatnák a szomszédos befogadósejtek sorsát, ami a szervezősejtek egyik jellegzetes tulajdonsága. Az egész elképzelés, miszerint ez egy szervező, rendkívül kétes, mondja a szakértő.
Az egyik olyan információ, amely segíthetne a kutatóknak jobban megérteni az organizátorok eredetét, az, hogy a szivacsok rendelkeznek-e velük vagy sem.
A szivacsok leszármazási vonala az állatok családfájának „tövéhez” közel, röviddel a bordásmedúzák után vált le a többi ágról (egyes szakértők egyenesen azt állítják, hogy a szivacsok leszármazási vonala volt az első leváló ág). A szivacsembriók vizsgálata és laboratóriumi körülmények közötti tartása azonban nagy kihívást jelent.
Ezért nem világos, hogy a szivacsok embrióinak vannak-e egyáltalán olyan blasztospóráik, amelyek a más állatoknál találhatókhoz hasonlók, mondja Kremnyov. Ezzel Martindale is egyetért: „Bejártam a világot, hogy találjak egy megfelelő modellként használható szivacsot, amelyen embriológiai kísérleti vizsgálatokat végezhetünk. De eddig még nem találtam ilyet.”
