Paradoksas: po mirties ląstelės gali transformuotis į daugialąsčius organizmus – štai kas žinoma

Gyvybė ir mirtis tradiciškai laikomos priešingybėmis. Tačiau naujų daugialąsčių gyvybės formų atsiradimas iš mirusio organizmo ląstelių yra „trečioji būsena“, esanti už tradicinių gyvybės ir mirties ribų.

Paprastai mokslininkai mirtį laiko negrįžtamu viso organizmo veiklos sustabdymu. Tačiau tokia praktika kaip organų donorystė rodo, kad organai, audiniai ir ląstelės gali toliau funkcionuoti net ir organizmui mirus. Dėl šio atsparumo kyla klausimas: kokie mechanizmai leidžia tam tikroms ląstelėms toliau veikti po to, kai organizmas miršta?

Mokslininkai, tiriantys, kas vyksta organizmuose po jų mirties, neseniai paskelbtoje apžvalgoje aprašė, kaip tam tikros ląstelės, gavusios maistinių medžiagų, deguonies, bioelektros ar biocheminių signalų, po mirties gali transformuotis į daugialąsčius organizmus su naujomis funkcijomis.

Gyvenimas, mirtis ir kažko naujo atsiradimas

Trečioji būsena meta iššūkį tam, kaip mokslininkai paprastai supranta ląstelių elgesį. Nors vikšrų metamorfozės į drugelius ar pulkeliai, virstantys varlėmis, gali būti gerai pažįstamos vystymosi transformacijos, yra nedaug atvejų, kai organizmai keičiasi ne iš anksto nulemtais būdais.

Vėžiai, organoidai ir ląstelių linijos, kurios gali neribotai dalytis Petri lėkštelėje, pavyzdžiui, HeLa ląstelės, nelaikomos trečiosios būsenos dalimi, nes jos neišvysto naujų funkcijų.

Tačiau mokslininkai nustatė, kad odos ląstelės, išskirtos iš mirusių varlių embrionų, laboratorijoje galėjo prisitaikyti prie naujų Petri lėkštelės sąlygų ir spontaniškai persitvarkyti į daugialąsčius organizmus, vadinamus ksenobotais arba antrobotais.

Šie organizmai pasižymėjo elgsena, kuri gerokai pranoksta jų pirminius biologinius vaidmenis. Konkrečiai šie ksenobotai savo blakstienėlėmis – mažomis, į plaukelius panašiomis struktūromis – naudojasi tam, kad orientuotųsi ir judėtų aplinkoje, o gyvo varlės embriono blakstienėlės paprastai naudojamos gleivėms judinti.

Ksenobotai taip pat gali atlikti kinematinę savireplikaciją, t. y. jie gali fiziškai atkartoti savo struktūrą ir funkcijas neaugdami. Tai skiriasi nuo įprastesnių replikacijos procesų, kai reikia augti organizmo viduje arba ant organizmo kūno.

Mokslininkai taip pat nustatė, kad pavienės žmogaus plaučių ląstelės gali savaime susijungti į miniatiūrinius daugialąsčius organizmus, kurie gali judėti. Šie antrobotai elgiasi ir yra struktūrizuoti naujais būdais. Jie ne tik geba orientuotis aplinkoje, bet ir taisyti tiek save, tiek šalia esančias sužeistas neuronų ląsteles.

Apibendrinant šiuos rezultatus galima teigti, kad jie rodo ląstelių sistemoms būdingą plastiškumą ir paneigia idėją, kad ląstelės ir organizmai gali vystytis tik iš anksto nustatytais būdais. Trečioji būsena rodo, kad organizmo mirtis gali atlikti svarbų vaidmenį, kaip gyvybė laikui bėgant transformuojasi.

Pomirtinės sąlygos

Tam tikros ląstelės ir audiniai gali išgyventi ir funkcionuoti po organizmo mirties dėl keleto veiksnių. Tai aplinkos sąlygos, medžiagų apykaitos aktyvumas ir konservavimo būdai.

Skirtingų tipų ląstelės išgyvena skirtingą laiką. Pavyzdžiui, žmogaus baltosios kraujo ląstelės žūsta praėjus 60-86 valandoms po organizmo mirties. Pelių skeleto raumenų ląstelės gali ataugti po 14 dienų po mirties, o avių ir ožkų fibroblastų ląstelės gali būti auginamos iki maždaug mėnesio po mirties.

Medžiagų apykaitos aktyvumas vaidina svarbų vaidmenį sprendžiant, ar ląstelės gali toliau išgyventi ir funkcionuoti. Aktyvias ląsteles, kurių funkcijoms palaikyti reikia nuolatinio ir didelio energijos kiekio, auginti sunkiau nei ląsteles, kurioms reikia mažiau energijos.

Konservavimo būdai, tokie kaip kriokonservavimas, gali leisti audinių mėginiams, pavyzdžiui, kaulų čiulpams, funkcionuoti panašiai kaip gyvo donoro šaltiniai.

Įprasti išgyvenimo mechanizmai taip pat atlieka svarbų vaidmenį sprendžiant, ar ląstelės ir audiniai išliks gyvi. Pavyzdžiui, tyrėjai pastebėjo, kad po organizmo mirties labai padidėja su stresu susijusių genų ir su imunitetu susijusių genų aktyvumas, greičiausiai siekiant kompensuoti homeostazės praradimą.

Be to, tokie veiksniai kaip traumos, infekcijos ir laikas, praėjęs nuo mirties, daro didelę įtaką audinių ir ląstelių gyvybingumui.

Tokie veiksniai, kaip amžius, sveikata, lytis ir rūšies tipas, dar labiau formuoja pomirtinį kraštovaizdį. Tai matyti iš donorų ir recipientų kultivavimo ir transplantacijos iššūkio, susijusio su metaboliškai aktyvių salelių ląstelių, kurios kasoje gamina insuliną, perkėlimu iš donorų recipientams.

Mokslininkai mano, kad autoimuniniai procesai, didelės energijos sąnaudos ir apsauginių mechanizmų degradacija gali būti daugelio salelių transplantacijos nesėkmių priežastis.

Kaip šių kintamųjų sąveika leidžia tam tikroms ląstelėms toliau funkcionuoti po organizmo mirties, lieka neaišku. Viena iš hipotezių yra ta, kad specializuoti kanalai ir siurbliai, įterpti į išorines ląstelių membranas, veikia kaip sudėtingos elektros grandinės.

Šie kanalai ir siurbliai generuoja elektrinius signalus, kurie leidžia ląstelėms bendrauti tarpusavyje ir atlikti konkrečias funkcijas, pavyzdžiui, augimą ir judėjimą, formuojant jų formuojamo organizmo struktūrą.

Taip pat neaišku, kokiu mastu įvairių tipų ląstelės gali transformuotis po mirties. Ankstesniais tyrimais nustatyta, kad konkretūs genai, susiję su stresu, imunitetu ir epigenetiniu reguliavimu, po mirties suaktyvėja pelėms, zebražuvėms ir žmonėms, o tai leidžia manyti, kad įvairių tipų ląstelės gali plačiai transformuotis.

Poveikis biologijai ir medicinai

Trečioji būsena ne tik suteikia naujų įžvalgų apie ląstelių gebėjimą prisitaikyti. Ji taip pat atveria naujų gydymo būdų perspektyvas.

Pavyzdžiui, antrobotai galėtų būti gaminami iš gyvų žmogaus audinių, kad būtų galima tiekti vaistus nesukeliant nepageidaujamo imuninio atsako. Sukurti antrobotai, įšvirkšti į organizmą, potencialiai galėtų ištirpdyti ateroskleroze sergančių pacientų arterijų apnašas ir pašalinti cistine fibroze sergančių pacientų gleivių perteklių.

Svarbu tai, kad šių daugialąsčių organizmų gyvavimo trukmė yra ribota – jie natūraliai suyra po 4-6 savaičių. Šis „žudymo jungiklis“ užkerta kelią potencialiai invazinių ląstelių augimui.

Geresnis supratimas, kaip kai kurios ląstelės toliau funkcionuoja ir metamorfizuojasi į daugialąsčius darinius praėjus kuriam laikui po organizmo žūties, teikia vilčių tobulinti individualizuotą ir prevencinę mediciną.