Genom

Komplett Axolotl-genom kan avslöja hemligheten med att regenerera vävnader Vetenskap

När sjön Xochimilco nära Mexico City var Lake Texcoco, och aztekerna grundade sin huvudstad Tenochtitlan 1325, blomstrade en stor vattenlevande salamander i den omgivande sjön. De axolotl har djupa rötter i Aztec religion, som guden Xolotl , för vilket djuret heter, trodde ha förvandlats till en axolotl - även om det inte hindrade aztekerna från att njuta av en rostad axolotl då och då. Seden att äta axolotl fortsätter till denna dag, även om arten har blivit akut hotad i det vilda.

varför känns fusk så bra

Sparar salamander det Natur kallad biologi älskade amfibier får en speciell betydelse med tanke på djurets anmärkningsvärda egenskaper. Axolotls är neoteniska, vilket innebär att amfibierna i allmänhet inte mognar helt som andra arter av salamander, utan istället behåller sina gälar och lever ut sina liv under vatten som en slags ung. Vid sällsynta tillfällen, eller när det stimuleras i laboratoriet, kommer en axolotl att gå igenom metamorfos och utveckla lungor för att ersätta dess gälar.



Att följa dessa unika egenskaper är ett anmärkningsvärt komplext genom, med 32 miljarder baspar jämfört med cirka 3 miljarder baspar i humant DNA. Axolotl har det största genomet någonsin helt sekvenserat, först avslutades förra året av ett team av europeiska forskare . University of Kentucky, som leder axolotl-forskningen i USA, meddelade idag att forskare har lagt till sekvenseringen av hela kromosomer till den europeiska insatsen - ungefär tusenfaldig ökning av längden på monterade bitar, enligt Jeremiah Smith, en biträdande biologiprofessor vid University of Kentucky. Forskare hoppas kunna använda dessa nya data för att utnyttja några av axolotls unika förmågor.



Lab Axolotl

Axolotl är en salamander med anmärkningsvärd kapacitet för regenerering. Det kan återväxa sin svans, lemmar, ryggmärgen - även deras hjärnor.(University of Kentucky)

Liksom andra salamandrar har axolotls förmågan att helt regenerera en hel lem när de går förlorade. Salamanders har denna unika förmåga att regenerera nästan vad som helst du skär av dem, säger Smith. Salamanders kan till och med regenerera ryggmärgen, ögon och delar av hjärnan.



Medan förmågan att återväxa en hel arm är utom räckhåll för människor, kan studier av axolotl-genomet avslöja genetiska metoder för regenerering av vävnad som kan användas i medicinsk forskning. Smith säger att axolotls regenereringsförmåga innefattar användning av stamceller, liksom en okänd metod för att få celler på skadeplatsen att återgå till stamceller.

Axolotls har varit en modellart i över 150 år, säger Smith. Sekvenseringen av detta genom, kulminationen på årtionden av arbete för några av de inblandade forskarna, representerar en enorm milstolpe eftersom det gör det möjligt att arbeta vidare med de specifika geninteraktioner som gör att axolotls kan regenerera lemmar. Smith säger att hans team nu arbetar med den europeiska gruppen för att fortsätta att förbättra och polera genomförsamlingen.

David Gardiner , en biologiprofessor vid University of California Irvine som har arbetat med axolotls och studerat regenerering i årtionden, säger att generna som kontrollerar regenerering inte nödvändigtvis är unika för salamandrar.



Salamanders är inte speciella. Det är inte så att de har speciella regenereringsgener, säger Gardiner. Även om salamandrar reglerar sina gener annorlunda än andra arter. Målet är att så småningom hitta ett sätt att signalera vägar mellan gener och aktivera förmågan att regenerera genetiskt material och i slutändan vävnad. En sådan process kan vara möjlig med hjälp av en typ av smart bandage som aktiverar vissa vägar, eller genom att utlösa processen med ett genredigeringsverktyg som CRISPR-Cas9.

Men du kunde inte göra det om du inte visste vad dessa regioner är, säger Gardiner. Han säger att den hårda ansträngningen av Smith och hans kollegor för att följa genomet kommer att hjälpa till att flytta denna process.

Forskningen förväntas också främja forskarnas förståelse av genetik i stort. Det tar vår förståelse till nästa nivå, säger Gardiner. När det gäller regenerering är forskare intresserade av hur vissa gener kan påverka och interagera med andra tusentals baspar borta.

Axolotl-forskare

Drs. Jeramiah Smith och Randal Voss vid deras laboratorium vid University of Kentucky.(University of Kentucky)

Smith och hans team har redan använt sig av denna nya genomkarta genom att identifiera genen som är ansvarig för att orsaka en hjärtfel som uppstår bland axolotlar. De utvecklar i princip inte sina hjärtan ordentligt under tidigt liv, säger Smith. Kunskapen om generna som är ansvariga för denna defekt kan hjälpa forskare att förstå vad som kan orsaka vissa hjärtproblem hos människor.

Arbetet har också konsekvenser för bevarande. Medan axolotl kan vara ganska vanligt i laboratorierna hos en viss delmängd av genforskare, är salamandern faktiskt under mycket tryck i sin enastående livsmiljö i naturen. När Aztec-riket föll till spanska konverterade européerna den inhemska metropolen till Mexico City. Stadsområdet har fortsatt att expandera sedan dess, ofta på bekostnad av våtmarkens livsmiljö som en gång spred sig över Mexikodalen.

Idag är sjön Xochimilco en skugga av sjön Texcoco. Placerad sydost om Mexico City. Området är populärt bland turister och helger från staden som hyr båtar i kanalområdet. Enligt International Union for Conservation of Nature hotar stadsföroreningar, kommersiell utveckling, jakt, klimatförändringar och invasiva arter den återstående vilda axolotlpopulationen i kanalerna i sjön Xochimilco.

Luis Zambrano , en biolog vid National Autonomous University of Mexico som arbetar med axolotls, säger att genomarbete ökar vikten av amfibiebevarandet i naturen.

Axolotls kan överleva i tankar, men dess variation kan minskas eftersom befolkningsantalet och ursprunget är begränsat, säger Zambrano i ett e-post. Generisk variation av de vilda populationerna [har] blivit mycket viktigt om vi vill använda detta salamandergenom som ett system kunna hjälpa människors hälsa.

Aztekerna kände till axolotls regenererande kraft, och de tillskrev den krafter genomsyrade av Xolotl. Nu är det största hindret för att verkligen förstå hemligheten med denna till synes gudomliga förmåga det hot vi utgör mot det djur som vi hoppas kunna lära oss av.



^