自然界有一种被称为“不死之身”的生物——涡虫,它拥有一个在科幻大片中才有的再生超能力:哪怕被大卸八块,砍掉尾巴、内脏甚至头部,也能再生成为完整的个体。
这么厉害,怎能不上天呢?前不久,神舟二十号载人飞船顺利升空,山东理工大学提供的涡虫作为科研对象,也被一起带上天,这是我国首次开展涡虫空间再生实验。
长度不足1厘米、大小就像苹果籽的涡虫,再生超能力来自哪?在西湖大学生命科学学院,干细胞再殖和组织再生研究实验室负责人雷凯带着团队也正在努力破译它再生的秘密。前不久,他们在Nature Communications(《自然-通讯》)杂志上发表了一项研究成果——研究发现线粒体形态动态变化调控涡虫个体再生。
实验室的“小宠物”,再生能力让人类望尘莫及
“带你去瞧瞧我们养的‘小宠物’。”初见雷凯,他热情地带着记者去看看涡虫。在一间十几平方米的实验室里,透明的培养皿里传来哗哗的水流声,密密麻麻蠕动着许多小黑点。
雷凯笑着说,涡虫的再生能力实在太强,2018年实验室刚建起来时,仅有几百条,如今粗算算已有几万条。
涡虫是扁形动物门涡虫纲动物的统称,家族成员有几百种,在地球上已经存活了5亿多年。雷凯团队养的是地中海圆头涡虫,喜欢生活在流动的池塘或泉水中,完全依赖湿润的体壁进行呼吸。
据报道,4月25日,随神舟二十号飞船上行的生物和生命类科学实验样品,在航天员协助下顺利转运至空间站,并陆续完成在轨安装,正常开展科学实验,目前已获取一批实验数据和图像视频,涡虫等实验对象状态良好。
据了解,20世纪初,为了验证涡虫的生命力到底有多顽强,现代“遗传学之父”摩尔根曾进行了一项实验,将一只涡虫随机切成大小不一的许多碎片,令人震惊的是,占初始涡虫1/279的一段碎片再生出了结构完整的个体。
“逆天改命”背后的秘密,主导生命再生的“万能细胞”
显微镜下,涡虫还有点萌——长着双滴溜溜的斗鸡眼,身体的中下部位还有个“长鼻子”。
在一个小培养皿里,已经被切成几段的涡虫身体,还在微微滑动。“它们正在进行再生,而它们体内丰富的成体多能干细胞,就是修复损伤器官和组织的关键。”雷凯给记者解释,涡虫是少数几种在胚胎发生后,仍能维持体内多能干细胞的生物之一。
这个多能干细胞群被誉为“万能细胞”,可迅速响应并迁移至受损部位,不断分化成各种细胞类型,用于生长、再生和替换凋亡细胞。
涡虫如何感知自己丢失了哪部分的组织并“逆天改命”?成体多能干细胞是如何受到调控并起始分化成不同细胞类型的?这是涡虫科研界的众多未解之谜之一,也是雷凯团队的课题。
他们已向前迈进了一小步。2019年,入职西湖大学后不久,雷凯与北京大学等团队合作,联手利用先进的线粒体成像技术和新型线粒体荧光探针,探索线粒体的活动如何参与涡虫再生的过程。
这场关于“再生”的实验和想象才刚开始
看到这里,是不是很多人和记者一样想问:有一天,人类是否可以像涡虫一样再生器官?人类心脏、大脑或其他器官,可不可以在培养皿里面造出一个新的呢?
“推动人类医学进步,是我们科研的终极目的。如何使受损和衰老组织再生出有功能的新组织,一直是人类临床医学面临的重大难题。其中一个主要障碍是我们缺乏对调节再生机制的彻底理解。”雷凯说,团队的初心是确定细胞再生的总体原理和分子因素,这或许对人类细胞克服老化、延缓衰老等具有重要意义。
涡虫大约70%的基因能在人类基因组中找到同源序列。与拥有“不死之身”的涡虫相比,人类只有肝脏等少数器官具有非常有限的修复能力,且这种能力可能还会随着年龄的增长而削弱。
科研工作者希望借助研究涡虫,了解其调控的奥秘,为人类再生医学提供新的思路。“比如,在体外培养出类似骨骼、脏腑等‘类器官’,作为医疗或者实验的重要材料。”雷凯说,我们希望能诱导成既有神经单元,又有骨骼肌单元的一个神经肌肉“类器官”,或许对治疗肌无力的渐冻症患者有极大帮助。
雷凯团队还在同步进行无脊椎动物和脊椎动物等不同动物物种的支持再生的分子机制。而且涡虫除了再生超能力,还给科研工作者带来不同的惊喜。在饥饿状态下,涡虫会通过缩小体积来维持自身稳态;而当它“吃撑”了,还会自行分裂成多个个体。
目前,涡虫再生还是一个冷门的基础研究,尤其是产出的成果短时间内无法和转化挂上钩,从实验室到临床应用有非常长的一段路要走。对此,雷凯说自己甘愿做“冷板凳”,毕竟人们现在所拥有的一切医学技术,都是长期探索的结果。九尺高台起于垒土,何况攀科学高峰。图/文据潮新闻