Badania nad żółwiami mogą przyspieszyć dzięki organoidom

Organoidy to trójwymiarowe grupy wyhodowanych w laboratorium komórek, które organizują się w struktury komórkowe podobne do tych, jakie możemy znaleźć w różnych narządach.

Dr Nicole Valenzuela, profesor ekologii, ewolucji i biologii organizmów Iowa State University (USA), zainspirowana pracami innych naukowców z tej uczelni nad komórkami ssaków, wyhodowała z dorosłych komórek macierzystych organoidy złożone z komórek wątroby trzech gatunków żółwi (https://www.nature.com/articles/s42003-024-05818-1). Jest to pierwszy zestaw organoidów opracowany dla żółwi i dopiero drugi dla jakiegokolwiek gada (wcześniej wyhodowano organoidy z komórek gruczołów jadowych węża).

Badanie genetyki żółwi za pomocą organoidów wątroby powinno przyspieszyć badania mające wyjaśnić cechy, które mogą potencjalnie mieć zastosowania medyczne u ludzi – na przykład zdolności żółwi malowanych (Chrysemys picta) do przetrwania tygodni bez tlenu i wytrzymywania ekstremalnych mrozów.

„Niektóre z ich unikalnych adaptacji sprawiają, że żółwie malowane są interesującym modelem dla biomedycyny. Jednak pozostają one niedostatecznie zbadane, ponieważ jest to trudna praca” – wskazała prof. Valenzuela.

Valenzuela prowadzi badania nad żółwiami od ponad trzydziestu lat. Szczególnie interesuje ją u tych gadów determinacja płci zależna od temperatury. U wielu żółwi w niższej temperaturze z jaj wykluwa się więcej samców, w wyższej - więcej samic.

Badając genetyczne podłoże poszczególnych cech organizmu, biolodzy muszą ostatecznie zweryfikować swoje ustalenia, aby potwierdzić, że gen działa zgodnie z podejrzeniami. Wymaga to manipulacji tymi genami, co stanowi wyzwanie w przypadku żółwi, ponieważ rozmnażają się sezonowo i dojrzewają powoli.

„To łatwe, gdy pracuje się z muszkami owocowymi lub płazińcami, ale przeprowadzanie eksperymentów transgenicznych na żółwiach jest prawie niemożliwe – podkreśliła prof. Valenzuela. - Między innymi dlatego badacze coraz częściej opracowują organoidy. Z jednego kawałka tkanki można uzyskać nieograniczone źródło obiektów do eksperymentów i nie trzeba stale pobierać próbek od zwierząt. Organoidy to ważna technologia pozwalająca ograniczyć badania na żywych zwierzętach”.

Zespół Valenzueli oparł swój proces na metodach stosowanych przez grupę badawczą z College of Veterinary Medicine, której prace nad organoidami obejmowały psi model jelitowy do testowania szybkości wchłaniania leków. Kierownicy projektu jelita psa – Karin Allenspach i Jon Mochel, obecnie pracujący na University of Georgia – również brali udział w projekcie organoidów żółwia. Niedawny doktorant Iowa State University Krzysztof Zdyrski był pierwszym autorem artykułu dotyczącego tych organoidów.

Organoidy powstają poprzez hodowlę próbki tkanki w roztworze stymulującym produkcję komórek macierzystych, specjalnych komórek w organizmie odpowiedzialnych za naprawę i wzrost. Przy odpowiedniej pożywce komórki macierzyste zaczynają wytwarzać komórki wątroby żółwia. Trójwymiarowy klaster lepiej niż płaska warstwa pojedynczych komórek naśladuje złożoność rzeczywistej tkanki.

Naukowcy w pierwszej kolejności skupili się na wątrobie, ponieważ odgrywa ona kluczową rolę w przetrwaniu ekstremalnego zimna i niedoboru tlenu. Wątroba wytwarza białka i enzymy, które wzmacniają obronę komórkową przed zamarzaniem i dostarczają niewielką ilość energii, której żółw potrzebuje do metabolizmu beztlenowego, wykorzystując swoją skorupę i kości do radzenia sobie z gromadzącym się kwasem mlekowym.

Organoidy wygenerowane przez zespół Valenzueli pochodziły z próbek pobranych w Iowa od młodych żółwi kolczastych i żółwi jaszczurowatych, a także młodych, dorosłych i embrionalnych żółwi malowanych. Zdaniem autorów badań to, co powiodło się w przypadku trzech gatunków żółwi może zostać powtórzone także w badaniach nad innymi gadami. Na razie planowane są badania nad gonadami żółwi, by lepiej poznać zależny od temperatury proces determinacji płci.(PAP)

Paweł Wernicki

pmw/ bar/