Sommige wormen kunnen zelfs hun hoofd – met hersenen en al – na amputatie terug laten groeien. Fluorescerend gemaakte wormen verschaffen ons nu een inkijkje in dit opmerkelijke proces.
Sommige wormen zijn tot bizarre dingen in staat. Als je bijvoorbeeld de kop van de zeeworm Hofstenia miamia eraf knipt, groeit er simpelweg een nieuwe, inclusief een geheel nieuw brein. Knip je zijn staart eraf; idem dito. Knip je de worm in drie afzonderlijke stukken? Binnen acht weken krioelen er voor je ogen drie volledig gevormde exemplaren. “Deze wormen zijn fenomenaal in regeneratie,” zegt onderzoeker Mansi Srivastava in gesprek met Scientias.nl. Reden genoeg voor wetenschappers om de worm, ter grootte van een Tic Tac, te bestuderen en te leren hoe ze deze geweldige prestatie klaarspelen.
Hofstenia miamia
Het moge duidelijk zijn: de zee worm Hofstenia miamia is koning in het regenereren van lichaamsdelen. “Ze kunnen elk celtype dat ze door verwonding verliezen, opnieuw laten groeien,” vertelt Srivastava. Wonderlijk en daarom bijster interessant. Want hoe deze wormen dat precies voor elkaar krijgen, is nog niet helemaal duidelijk. En dus besloten onderzoekers de beestjes aan een grondige inspectie te onderwerpen. “Begrijpen hoe regeneratie werkt is belangrijk voor een volledig begrip van dierbiologie,” legt Srivastava uit. “Daarnaast kunnen we door het bestuderen ervan achterhalen of er mogelijk ook gedeelde moleculaire en cellulaire eigenschappen zijn die essentieel zijn voor regeneratie. Het is belangrijk om te weten hoe regeneratie werkt bij soorten die er goed in zijn, voordat we de problemen van menselijke regeneratie gaan oplossen.”
Glow in the dark
De onderzoekers besloten de beestjes echter niet alleen onder een microscoop te leggen. In hun studie creëerden ze heuse ‘glow in the dark’-wormen; wormen die oplichten in het donker. De wetenschappelijke manier om dit te zeggen is dat de wormen nu ‘transgeen’ geworden zijn. Transgenese is wanneer wetenschappers iets in het genoom van een organisme introduceren dat normaal gesproken geen deel uitmaakt van dat genoom. “Het is een hulpmiddel dat biologen gebruiken om te bestuderen hoe cellen of weefsels in het lichaam van een dier werken,” legt Srivastava uit. De onderzoekers gaven de wormen een gen dat, wanneer het een eiwit wordt, een bepaalde fluorescerende gloed afgeeft. Deze fluorescerende eiwitten gloeien groen of rood op en kunnen bijvoorbeeld leiden tot oplichtende spier- en huidcellen.
Wat deze fluorescerende gloed vervolgens mogelijk maakt, is het vermogen om in veel meer detail te visualiseren hoe cellen eruit zien, waar ze zich in het dier bevinden en hoe ze met elkaar een wisselwerking aangaan. Kortom, het stelt onderzoekers in staat om het specifieke mechanisme van elk proces in een organisme te bestuderen. En dus ook regeneratie. Dankzij de fluorescerende wormen kon het onderzoeksteam bijvoorbeeld een groepje stamcellen in ongekend detail bestuderen die cruciaal zijn voor regeneratie. “We weten eigenlijk niet hoe cellen zich in een dier gedragen tijdens dit proces,” zegt Srivastava. “Maar dankzij de transgene wormen, kunnen we de cellen in de context van het dier bekijken terwijl het regenereert.”
Nieuwe inzichten
Dankzij de glow in the dark-wormen hebben onderzoekers nu interessante nieuwe biologische inzichten verkregen over hoe deze opmerkelijke diertjes geamputeerde ledematen kunnen laten terug groeien. “De transgene wormen laten ons zien dat spiercellen zich met elkaar en met andere cellen – zoals die in de huid en de darm – via vingerachtige uitsteeksels verbinden,” legt Srivastava desgevraagd uit. De onderzoekers zagen dat spiercellen een soort ‘uitlopers’ hebben die in strakke kolommen in elkaar grijpen en een hecht raster vormen dat de worm structuur en ondersteuning geeft, bijna als een skelet. “Eerdere studies hadden al gesuggereerd dat spieren belangrijk zijn voor een goede regeneratie bij wormen,” gaat Srivastava verder. “En nu denken we dat de bestudeerde verbindingen daarbij een cruciale rol spelen. Het kan weefsels bij elkaar houden en/of signalen door deze uitsteeksels sturen.”
Vervolgonderzoek
Het team hoopt in vervolgonderzoek te weten te komen of de spieren niet alleen onderdelen bij elkaar houden, maar ook informatie opslaan en communiceren over wat er geregenereerd moet worden. En mogelijk kunnen we binnenkort al op nieuwe resultaten rekenen. Het creëren van transgene wormen duurt namelijk ongeveer acht weken. Daarbij wordt er gemodificeerd DNA in embryo’s geïnjecteerd die net zijn bevrucht. Dat DNA en de modificaties worden vervolgens opgenomen in het genoom van de cellen terwijl ze zich delen. En naarmate de worm groeit, zal hij oplichten in het donker. Die fluorescerende gloed zal vervolgens worden doorgegeven aan de daaropvolgende nakomelingen. En door deze wormen te bestuderen, hopen de onderzoekers verdere inzichten te krijgen in hoe regeneratie werkt.
Ondertussen zijn de onderzoekers best gehecht geraakt aan de opmerkelijke zeewormen. “Ze zijn absoluut charmant,” zei Srivastava. Niet in de laatste plaats omdat ze soms bijzonder intrigerend gedrag vertonen en zelfs vraatzuchtige kannibalen kunnen zijn. Als ze bijvoorbeeld een tijdje niet gevoerd worden en er zitten er een aantal bij elkaar in één tank, durven ze nog weleens een hapje van elkaar te nemen. Regeneratie komt dan bijzonder goed van pas. Vervolgonderzoek zal hopelijk verder antwoord geven op de vraag hoe ze dat precies doen en waarom. En wie weet, kunnen wij mensen er uiteindelijk nog ons voordeel mee doen.
