Organ yenilemenin sırlarını aksolotlardan öğreneceğiz!

Kesilmiş uzuvlarını tekrar oluşturabilen ve iç organlarının hasarlarını tamir edebilen aksolotlar, bilim insanlarının merceği altında!

Evrim Ağacı’ndan Meltem Çetin Sever‘in araştırdığı konunun tam metni aşağıdadır:

Kıvrımlı solungaçları ve sevimli suratları ile ilginç bulduğumuz aksolotlar (İng. axolotl) bir başka özelliği ile bilim insanlarının hayli ilgisini çekiyor. Uzuvlarını kaybettiklerinde tekrar oluşturabiliyor ve kalp veya beyin gibi organlarının bir kısmı yok olduğunda tekrardan eksilen bölgeyi tamamlayabiliyorlar (rejenerasyon). Bu şaşırtıcı özelliği genetik açıdan anlayabilmek ve insanlar için faydalı olmasını sağlamak için bilim insanları uzun süredir çalışıyorlar. İnsanlar için uzuvların tekrar oluşması şu anda söz konusu olmasa da yaraların kısa sürede iyileşmesini sağlayabilmek bile büyük bir gelişme olurdu.

Aksolotlar Hakkında Kısaca

Aksolotlar, hayvanlar aleminin amfibyumlar sınıfında bulunurlar ve Ambystoma (köstebek semender) cinsine ait Ambystoma mexicanum türüdür. Tür adından da anlaşılacağı üzere Meksika’nın güneyindeki bazı göllerde ve kanallarda yaşarlar. Halk dilinde yürüyen balık olarak bilinse de balık değil, amfibidirler. Diğer amfibilerden farklı olarak metamorfoz geçirmeden yetişkinliğe ulaşırlar, dolayısıyla karaya çıkmadan suda kalırlar ve solungaçlarını kaybetmezler.

Aksolotların diyetlerinde yumuşakçalar, solucanlar ve böcek larvaları bulunur. 15 yıla kadar uzunca bir süre yaşayabilirler. Maalesef, yaşadıkları suların kirlenmesi sayılarını iyice azaltmış ve doğada soyu tükenmekte olan hayvanlar listesine girmişlerdir. Akvaryumların en popüler hayvanlarından biri olup, laboratuvarlarda en fazla incelenen amfibi türüdürler. 1998’de yapılan araştırmalarda yaklaşık 6000 vahşi aksolot belgelenmesine karşılık, 2014 yılında biyologlar tek bir aksolot bulamamışlar ve soylarının tükendiğini düşünmüşlerdir. Neyseki yapılan araştırmalarda hala doğada az da olsa var oldukları belirlenmiştir.

Aksolotların ilginç özelliklerinden biri de metamorfaza uğramadan doğrudan yetişkinliğe ulaşmalarıdır. Bu duruma Biyoloji’de neoteni (Çocuk görünümlülük) denir. Aksolotlar, neoteninin harika bir örneğidir çünkü büyüdükçe olgunlaşmazlar. Diğer amfibilerden olan kurbağa yavrularının veya benzer hayvanların aksine solungaçlarını kaybetmezler. Suda kalırlar ve dolayısıyla akciğerleri de gelişmez. Neotenik hayvanların avantajı yetişkinliğe ulaşmadan üreme şanslarının olmasıdır. Yalnız bu evrimsel avantaj, aksolotların sayıca artmalarında faydalı olamamıştır.

Neoteni hakkındaki ayrıntılı yazımıza buradan, aksolotlar hakkındaki yazımıza ise buradan ulaşabilirsiniz.

Aksolotların Yeniden Uzuv Oluşturma Yetenekleri

Aksolot Genomlarını İncelemedeki Zorluklar

Bilim insanları, aksolotların kendini yenilenme yeteneğinin genetik temelini bulabilirlerse, insanlarda hasarlı dokuyu geri kazanmanın yollarını da bulabileceklerini umut ediyorlar. Ancak aksolotlar, şimdiye kadar genomu dizilmiş hayvanların arasında en büyük genoma sahip hayvan. Genomları insanlarınkinden 10 kat daha büyük ve 32 milyar baz çiftine sahip.

Buna rağmen, Viyana’daki Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü’nde biyolog olan Elly Tanaka, aksolotlar ve insanların benzer sayıda genlere sahip olduğunu söylüyor. Aksolotların genomlarının çok daha uzun olmasını sağlayan şeyin tekrarlayan DNA‘larının fazlalağından kaynaklı olduğunu düşünüyorlar. Bilim insanları, bir organizmanın genomunun sırasını okuyabilmek için, DNA’yı parçalara ayırıp sonra da bu parçaları bir yapboz gibi yeniden birleştirmek zorundadır.

Aksolotlar laboratuvarlarda üzerinde en çok araştırma yapılan amfibi türüdür. Viyana'daki Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü'nden Elly Tanaka, tam aksolot genomunun dizisini üreten ekiptendir.
Aksolotlar laboratuvarlarda üzerinde en çok araştırma yapılan amfibi türüdür. Viyana’daki Moleküler Patoloji Araştırma Enstitüsü’nden Elly Tanaka, tam aksolot genomunun dizisini üreten ekiptendir.
Quanta Magazine

Aksolotların Kaybettiği Uzuvlar Nasıl Büyüyor?

Aksolotlar herhangi bir ampütasyondan sonra çok az kanarlar ve saatler içinde yarayı kapatabilirler. Hücreler yara bölgesine göç eder ve blastema adı verilen bir damla oluştururlar. Blastema hücreleri yeni kemik, kas ve diğer dokulara dönüşürler. Minyatür ve mükemmel yeni bir uzuv oluşur, daha sonra sahibi için büyüyerek normal boyutta bir uzuva dönüşür. Vücudun başka bir yerinde kesilen ve nakledilen bir blastema, olması gerektiği gibi bir uzuv oluşturabilir ancak kritik dönemde sinirler blastemaya ulaşmazsa yeni bir uzuv büyüyemez.

Bir aksolot semenderi bacağının yeniden oluşma ve büyüme aşamaları. Sağlam uzuv en solda, uzuv kesildikten sonra birkaç ay içinde kendini yenileyebiliyor.
Bir aksolot semenderi bacağının yeniden oluşma ve büyüme aşamaları. Sağlam uzuv en solda, uzuv kesildikten sonra birkaç ay içinde kendini yenileyebiliyor.
Quanta Magazine

Ayrıca araştırmacılar, makrofaj adı verilen bağışıklık hücrelerinin yenilenme için önemli olduğunu buldular. Makrofajlar iltihabı kontrol etmeye yardımcı oluyorlar. Bu arada, fibroblast adı verilen bağ dokusu hücreleri de bir uzuvun yeniden büyüyebilmesi için çok önemli olan konumsal bilgileri taşıyor. Bu konumsal bellek, bir hücrenin vücudun neresinde olduğunu bilebiliyor.

Bilim insanları henüz aksolotların iç organları ve uzuvlarını yeniden oluşturmak için aynı mekanizmaları kullanıp kullanmadığını ve bir aksolotun neden arka arkaya birçok kez uzuvlarını büyütebileceğini bilmiyorlar (yalnız bu uzuv oluşturma olayı sadece 5 kezde sınırlı görünüyor). Başka bir gizemin ise bir uzuvun doğru boyuta ulaştığında büyümeyi nasıl bırakacağını bilmesi.

En Son Yapılan Araştırma Sonuçları

Amerika’daki Yale Üniversitesi araştırmacıları aksolotların kaybettikleri uzuvları nasıl yeniledikleri üzerine bir araştırma gerçekleştirdiler ve araştırma sonuçlarını eLife akademik dergisinde paylaştılar (28 Ocak 2020). Yazarlardan biri ve Moleküler, Hücresel ve Gelişimsel Biyoloji Profesörü olan Parker Flowers şunları söylüyor:

“Onu öldürmeyen, neredeyse her yaralanmadan sonra her şeyini yeniden yaratıyor.”

Flowers ve meslektaşları, yenilenmede yer alan en az iki geni tanımlamak için hayvanın karmaşık genomunu anlamanın bir yolunu buldular. Yeni sekanslama ve gen düzenleme teknolojilerinin ortaya çıkması, araştırmacıların uzuvların yenilenmesinden sorumlu olabilecek yüzlerce gen adayının bir listesini hazırlamalarına izin verdi.

Eski yüksek lisans öğrencisi olan Lucas Sanor ve Flowers, uzuv yenilenmesinden sorumlu olduğundan şüphelenilen 25 genin izlenebileceği gen düzenleme teknikleri kullandılar. Yöntem, aynı zamanda aksolot kuyruğunun kısmi yenilenmesinden sorumlu olan blastemadaki iki geni tanımlamalarına izin verdi. Yazarlar, yayınlanan makalenin tartışma bölümünde şu paragrafa yer vermişler:

“Bu çalışmada, rejenerasyon regülatörlerini tanımlamak için hedeflenen mutasyonların meydana gelmesini ve soy izlemeyi birleştiren yeni bir tarama platformu sunuyoruz. Bu yöntem, kimerik hayvanların mutajenik haploid uzuvlarını oluşturmaya dayanıyor. Bu haploid uzuvların gelişiminin ve rejenerasyonunun diploid uzuvlarınki ile karşılaştırılabilir olduğunu bulduk. Bu yaklaşımı kullanarak, hücrelerin uzuv rejenerasyonuna ve uygun kuyruk rejenerasyonuna katılması için katalaz ve fetuin-b’nin gerekli olduğunu bulduk. Aksolot, vücudunun birçok bölümünü yenilemek için etkileyici bir kapasiteye sahip olduğundan, gelecekteki çalışmalarda haploid kimerik yaklaşımların bu yapıların rejenerasyonuna uygulanıp uygulanamayacağı araştırmalıdır. Bildiğimiz kadarıyla, bu, bir omurgalının karmaşık yapısında gerçekleştirilen canlı bir organizmadaki haploid seçim taramasının ilk örneğidir.”

(A) Haploid-diploid kimera (İng. chimaera; birden fazla farklı genotip içeren hücrelerden oluşan tek bir organizma) oluşumunun şematiği. (B) Çocuk kimerik aksolotların orijinal ve tamamen yeniden oluşturulmuş haploid uzuvlarından DNA ekstrakte edildiğini gösteren şematik. (C) Mutant hücrelerin orijinal ve yenilenmiş uzuvlara katkısını gösteren şematik. (D) Nötr bir genin mutant alelleri; tirozinaz (mavi), orijinal ve yenilenmiş uzuvlar arasında korunur. Rejenerasyon için gerekli olan mutajenize edilmiş genler (kırmızı) alel sıklığında bir azalma veya yeniden oluşmuş uzuvdaki alellerin tamamen kaybını gösterecektir.
(A) Haploid-diploid kimera (İng. chimaera; birden fazla farklı genotip içeren hücrelerden oluşan tek bir organizma) oluşumunun şematiği. (B) Çocuk kimerik aksolotların orijinal ve tamamen yeniden oluşturulmuş haploid uzuvlarından DNA ekstrakte edildiğini gösteren şematik. (C) Mutant hücrelerin orijinal ve yenilenmiş uzuvlara katkısını gösteren şematik. (D) Nötr bir genin mutant alelleri; tirozinaz (mavi), orijinal ve yenilenmiş uzuvlar arasında korunur. Rejenerasyon için gerekli olan mutajenize edilmiş genler (kırmızı) alel sıklığında bir azalma veya yeniden oluşmuş uzuvdaki alellerin tamamen kaybını gösterecektir.
eLife

Sonuç

Araştırmacılar bu tür birçok genin muhtemelen var olduğunu söylüyorlar. İnsanların da benzer genlere sahip olmalarından kaynaklı, bir gün yara onarımını hızlandırmak veya dokuyu yenilemek için onları nasıl aktive edeceklerini keşfedebileceklerini söylüyorlar.