בני אדם מודרניים היו קיימים למעלה מ -200,000 שנה, וכל דור חדש החל עם חילוי תאים יחיד, שינוי צורה ותפקוד, התארגנות לרקמות, איברים וגפיים. עם וריאציות קלות, התהליך חזר על מיליארדי פעמים עם נאמנות מדהימה לאותה תוכנית גוף.
חוקרים ב- Tufts היו בחיפוש אחר להבין את הקוד המנחה תאים בודדים ליצור ארכיטקטורה של בן אנוש, וליצור בסיס לרפואה רגנרטיבית. כאשר הם לומדים יותר על הקוד הזה, הם בוחנים גם כיצד לבנות מבנים חיים מתאים אנושיים שיש להם צורות ויכולות חדשות לחלוטין ללא מניפולציה גנטית.
כדי לפענח את הקוד הזה, הם לקחו תא מגוף האדם ואיפשרו לו לצמוח בסביבה חדשה כדי לראות כיצד כללי הארגון העצמי מתרחשים.
בשנת 2023, מייקל לוין, ואנבר בוש פרופסור לביולוגיה, ואז דוקטורט. המועמד גיזם גומוסקאיה, AG23, יצר אנתרובוטים, אורגניזמים רב-תאיים זעירים שגדלו מתא קנה הנשימה האנושי יחיד והתאספו לצורות חדשות-כדוריות, מלבניות, מכוסות בסיליה על כל המשטחים שלהם או חלקם, המסוגלים לשחייה ולתקן "פצעים" בנוירונים מצומצמים.
במחקר חדש שפורסם לאחרונה בכתב העת מדע מתקדםגומוסקאיה ולוין חושפים מה קורה בתאי האנתרובוט כאשר הם יוצרים מבנה חי חדש. החוקרים גילו כי תאים אנושיים המשוחררים מהתחייבויותיהם האבולוציוניות יפנו את השעון לאחור כדי לבטא את שני הגנים העתיקים, המשותפים עם קודמינו עד לאורגניזמים תאים יחידים, וגנים עובריים, כולל אלה המנחים סימטריה, שכבות וקיפול תאים ורקמות.
עם משימה חדשה ליצור בוטים זעירים במקום בני אדם שלמים, התאים שינו את הביטוי שלהם ליותר מ- 9,000 גנים-כמעט מחצית הגנום ללא כל התערבויות כמו מעגלי ביולוגיה סינתטית או הנדסה גנטית.
מעבר ליצירת מבנים סינתטיים חדשים, הבנת האופן בו תאים אנושיים לוקחים צורות חדשות יכולה להאיר אור למחלות התפתחותיות, כמו מומים מולדים. לוין והמעבדה שלו רוצים להבין טוב יותר את כללי ההרכבה העצמית ליום אחד מסייעים במניעת מומים מולדים, לגדל רקמות ואיברים חדשים לרפואה רגנרטיבית, וליצור אורגניזמים תפקודיים זעירים כמו אנתרובוטים מתאים של המטופל העלולים לטפל במחלה ולתקן נזק מבלי להפעיל תגובות של מערכת החיסון.
חומרה ותוכנה תאים
גומוסקאיה אמר כי "אנתרובוטים מיוצרים מתאי תורמים למבוגרים, ולכן היה מדהים לראות שהתאים האלה מביעים גנים עובריים.
זה כלל גנים המסייעים להפוך את המעבר Mesoderm-Ectoderm העוברי-תהליך שלוקח תאי שכבה חיצוניים ליצירת שכבה אמצעית שבסופו של דבר יוצרים רקמות ואיברים פנים, כמו גם גנים לייצור דפוסים קדמיים-אחוריים (ראש לזנב), ודפוסים דורליים (לבטל).
מה שלא עלה היו גנים עובריים המעורבים בדפוס שמאל-ימין-מהסוג שעוזר ליצור סימטריה של מראה עם זרועות, עיניים, רגליים, ריאות וכליות משני צדי הגוף.
האנתרובוטים הם ברובם כדוריים, כך שבנקודה זו קשה לומר בלי ללמוד איזה תפקיד כל אחד מהגנים העובריים הללו מילא בבניית גופם. "
מייקל לוין, ואנבר בוש פרופסור לביולוגיה
גם אם החוקרים לוקחים סכין לאנתרובוטים וחותכים פצע, הם מציגים סוג של זיכרון צורה פונקציונלי המאפשר להם לרפא חזרה לצורתם המקורית.
לוין מציין כי המודל המתעורר של היווצרות גוף מצביע על כך שהגנים קובעים את קולטני ייצור החומרה של התא, אנזימים, משאבות יונים ותכונות מתהוות יותר של אותה חומרה, כמו שדות חשמליים, אותות כימיים וכוחות ביו-מכניים שחווים רקמות צורה, הם הוראות התוכנה המנחות את הגוף לצורה הסופית שלו. התוכנה, לדבריו, יכולה להשתנות בהתאם לתנאי ההתחלה ובסביבה, בתורם להשפיע על החומרה.
החוקרים עקבו אחר היפוך השעון הביולוגי באנתרובוטים על בסיס הצטברות של שינויים ופגיעה ב- DNA ככל שאנו מתבגרים. תוספת של קבוצות מתיל כימיות ל- DNA היא כמות ניתנת למדידה התורמת ל"גיל האפיגנטי "שלנו, שיכולה בסופו של דבר להיות מבוגרת או צעירה מגילנו הכרונולוגי. תורם אחד למחקר האנתרובוט היה בן 21, אך הגיל האפיגנטי של תאיו היה בן 25. למרבה הפלא, כאשר התאים שימשו לגידול אנתרובוטים, גילם האפיגנטי ירד ל 18.7 שנים. אנתרובוטים היו צעירים ב -25% מתאי המוצא שלהם.
"העובדה שהבוטים האלה הופכים צעירים יותר מבחינה ביולוגית מהתאים הבוגרים שהם עשויים ממנה מרמזת על כך שתהליך התארגנות לצורה חדשה בלבד יכול לאפס את שעון ההזדקנות הסלולרי ללא כל תכנות מחדש גנטיות", אומר גומוסקאיה.
לוין הציע השערה לחיוג שעונים ביולוגיים בחזרה. "אני חושב שקולקטיבים של תאים הם סוכני עיבוד מידע באופן בסיסי," אמר. "הגנים ההתפתחותיים המופעלים, הכוחות הפיזיים מצורתם החדשה וההיבטים האחרים של הבנייה העצמית שלהם יכולים להתפרש על ידי תאים כעוברוגנזה, המתנגשת עם גילם בפועל. כך שהם בסופו של דבר הופכים חלק מסמני ה- DNA של הזדקנות כדי להיות בקנה אחד עם מצבו הנוכחי. אני קורא לזה 'הגיל המציין' את ההיפותזה '."
מהם בדיוק הרמזים שמשכנעים תאים להחזיר את השעון האפיגנטי של האנתרובוט? האם ניתן לרתום אותם להצעיר רקמות בגופנו? "אנחנו עובדים על זה", אומר לוין.
