Pred viac ako storočím sa embryologička Hilde Mangold pustila do nezvyčajného experimentu, ktorý spôsobil revolúciu v biológii. V 20. rokoch 20. storočia ešte ako doktorandka transplantovala zhluky buniek z embryí jedného druhu mloka do embryí iného druhu. Transplantované bunky vyvolali vznik druhej telovej osi vrátane nervovej sústavy a základu chrbtice. Mangold preukázala, že väčšina tejto druhej telovej osi sa vyvinula z tkanív prijímajúceho embrya.
Objav embryonálnych „organizátorov“, ktoré riadia vznik telovej osi, položil základy úplne novej oblasti vývinovej biológie, hovorí Stanislav Kremnyov, biológ z Univerzity Friedricha Schillera v Jene, ktorý aj dnes kráča v stopách Mangold. V štúdii, ktorá nedávno vyšla v časopise Nature, Kremnyov a jeho kolegovia opisujú objav nového typu embryonálnych organizačných buniek u rebroviek (Ctenophora). Podarilo sa im ich tiež úspešne transplantovať do sasaniek (Cnidaria), ktoré patria do úplne iného kmeňa. Výsledkom bol vznik ďalších úst a hltanov.
Mnohí vedci sa domnievajú, že rebrovky patria k najstaršej vetve evolučného stromu živočíchov.
Kremnyov a jeho kolegovia tvrdia, že vznik organizačných buniek pomohol pri premene jednobunkových organizmov na živočíchy.
Stavbyvedúci tela
Hoci Mangold v roku 1924 tragicky zahynula pri výbuchu plynu vo svojom dome, jej objav priniesol jej školiteľovi Hansovi Spemannovi Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu za rok 1935. Spemannovo laboratórium sa stalo novým centrom vývinovej biológie. Prilákalo popredných odborníkov, ktorí skúmali organizačné bunky a hľadali podobné funkcie aj v ďalších vyvíjajúcich sa tkanivách.
„Robili šialené veci,“ hovorí Kremnyov. Do žabích embryí napríklad transplantovali tkanivá zo slimákov a myších obličiek, čím preukázali, že aj tieto tkanivá majú organizačnú schopnosť. Neskôr, v 80. a 90. rokoch 20. storočia, vedci odhalili molekulárny základ fungovania organizačných buniek: signálne molekuly známe ako morfogény.
Podľa Kremnyova sa organizačné bunky a morfogény, ktoré uvoľňujú, správajú vo vyvíjajúcom sa embryu ako stavbyvedúci: hovoria bunkám, čo majú robiť a čo majú vybudovať.
Výskum organizátorov sa dosiaľ sústreďoval predovšetkým na stavovce. V roku 2007 však medzinárodný výskumný tím takéto bunky objavil v embryách sasaniek (Nematostella vectensis). Tie patria k evolučnej línii živočíchov, ktorá sa oddelila až po vzniku rebroviek. Výsledok nastolil zásadné otázky o evolučnom pôvode organizačných buniek.
Ústa a hltany
Kremnyovov školiteľ a spoluautor štúdie, vývinový biológ Andreas Hejnol, udržiava na Univerzite Friedricha Schillera v Jene nezvyčajnú „zoologickú záhradu“ bezstavovcov, v ktorej nechýbajú sasanky, rypáčikovce ani ploskavce. Keď Kremnyov nastúpil do laboratória, doplnil túto „mikrozoo“ o rebrovku (Mnemiopsis leidyi).
Druh M. leidyi je mimoriadne plodný a každý deň kladie priehľadné embryá. Pri jeho skúmaní Kremnyov pozoroval vznik embryonálnych štruktúr nazývaných blastopóry, v ktorých sa u iných živočíchov nachádzajú embryonálne organizačné bunky. Tieto štruktúry vznikajú počas procesu nazývaného gastrulácia, ktorý u rebroviek nastáva niekoľko hodín po oplodnení.
Aby zistil, či bunky blastopóru môžu fungovať ako organizátor, transplantoval časť tkaniva z jedného embrya M. leidyi na iné miesto v druhom embryu M. leidyi. Výsledky sa zhodovali s výsledkami Mangold: vzniknutým larvám sa vyvinuli dvoje plne funkčné ústa. Keď Kremnyov transplantoval tkanivá M. leidyi do embryí sasanky N. vectensis, približne 10 % transplantácií prinieslo podobný výsledok. Tieto larvy mali dvoje ústa a dva hltanové kanály.
Ďalšie experimenty naznačili, že činnosť organizačných buniek M. leidyi čiastočne koordinujú rovnaké signálne dráhy, o ktorých sa v roku 2007 preukázalo, že sú aktívne aj v organizačných bunkách sasaniek. Sú tiež príbuzné molekulárnym mechanizmom, ktoré sa uplatňujú v organizačných bunkách embryí stavovcov.
„Títo stavbyvedúci dokážu komunikovať univerzálnym jazykom. Vedia povedať aj bunkám patriacim do rôznych kmeňov, čo majú vybudovať,“
hovorí Kremnyov.
Pôvod živočíchov
Zistenie, že organizačné bunky rebroviek riadi podobná signálna sieť ako u iných živočíchov, je veľmi vzrušujúce. Podporuje predstavu, že vznik organizačnej činnosti mohol byť kľúčovým krokom v evolúcii živočíchov. Vedci sa domnievajú, že jednobunkoví predkovia prvých živočíchov dokázali vytvárať špecializované bunky a zoskupovať sa do zhlukov. Podľa Kremnyova, Hejnola a ich kolegov však práve činnosť organizačných buniek vniesla do týchto zhlukov poriadok.
Carl-Philipp Heisenberg, vývinový biológ z Rakúskeho inštitútu vedy a technológií, sa domnieva, že na úplné pochopenie fungovania organizačných buniek rebroviek ešte treba objasniť niektoré molekulárne súvislosti. Až potom bude jasné, do akej miery sa ich fungovanie zhoduje s podobnými bunkami stavovcov.
Mark Martindale, vývinový biológ z Univerzity St. Augustine na Floride, však nie je presvedčený, že transplantačné experimenty dokazujú existenciu organizačných buniek u rebroviek. Podľa neho chýba dôkaz, že transplantované bunky menia vývinový osud susedných buniek prijímajúceho embrya, čo je jedna z charakteristických vlastností organizačných buniek. Celá predstava, že ide o organizátor, je podľa odborníka veľmi pochybná.
K lepšiemu pochopeniu pôvodu organizátorov by vedcom mohlo pomôcť zistenie, či sa nachádzajú aj u hubiek.
Evolučná línia hubiek sa od ostatných vetiev oddelila blízko „koreňa“ evolučného stromu živočíchov, krátko po rebrovkách. Niektorí odborníci dokonca tvrdia, že línia hubiek sa oddelila ako prvá. Skúmanie embryí hubiek a ich udržiavanie v laboratórnych podmienkach je však veľmi náročné.
Preto nie je jasné, či embryá hubiek vôbec majú blastopóry podobné tým, ktoré sa vyskytujú u iných živočíchov, hovorí Kremnyov. Súhlasí s ním aj Martindale: „Precestoval som svet, aby som našiel hubku vhodnú ako modelový organizmus, na ktorom by sme mohli robiť experimentálny embryologický výskum. Zatiaľ som však takú nenašiel.“
