Sistemul imunitar este una dintre cele mai sofisticate arme ale organismelor vii, iar la oameni acesta foloseste o întreaga armata de celule specializate care identifica si distrug bacterii, virusuri sau celule canceroase.
Natura continua sa surprinda cercetatorii cu strategii de aparare complet diferite de cele cunoscute pâna în prezent. O echipa de oameni de stiinta de la Universitatea Stanford a descoperit un tip de celule imunitare care functioneaza într-un mod fara precedent: ele se autodistrug printr-o explozie violenta, eliberând substante toxice care ucid rapid bacteriile si celulele straine din apropiere. Întregul proces dureaza doar câteva minute, iar dupa explozie celula dispare aproape complet, fara sa lase urme.
Rezultatele cercetarii au fost publicate în prestigioasa revista Cell si deschid o noua directie în studiul sistemelor imunitare. Cercetatorii presupun ca acest mecanism ar putea inspira, în viitor, dezvoltarea unor terapii capabile sa distruga foarte precis infectiile bacteriene sau chiar tumorile, fara a afecta tesuturile sanatoase din jur.
Puteri extraordinare de regenerare
Celulele au fost identificate la platelminti, viermi plati de apa dulce care reprezinta de zeci de ani un organism-model pentru biologi. Desi par animale simple, platelmintii poseda una dintre cele mai impresionante capacitati de regenerare din lumea vie.
Daca un astfel de vierme este taiat în mai multe bucati, fiecare fragment poate regenera partile lipsa si, în anumite conditii, poate forma un organism complet nou. Aceasta performanta este posibila datorita numarului foarte mare de celule stem pe care le contine. Tocmai aceasta abilitate i-a determinat pe cercetatori sa studieze si sistemul lor imunitar.
Daca platelmintii au supravietuit sute de milioane de ani într-un mediu bogat în bacterii si alti agenti patogeni, este foarte probabil ca ei sa fi dezvoltat mecanisme de aparare diferite de cele întâlnite la vertebrate.
„Nu ne-am imaginat niciodata ca o celula poate exploda ca o bomba si poate ucide celulele din jur”, a declarat Bo Wang, profesor asociat de bioinginerie la Stanford si coordonatorul studiului. Descoperirea a fost facuta aproape întâmplator, în timp ce cercetatoarea Chew Chai încerca sa raspunda unei întrebari aparent simple: pot platelmintii sa distinga propriile tesuturi de cele apartinând altui individ?
Pentru a testa aceasta ipoteza, cercetatorii au taiat platelmintii pe lungime si au unit jumatati provenite de la indivizi diferiti, obtinând organisme hibride. Initial, viermii pareau sa supravietuiasca. Curând însa, tesuturile straine au început sa fie respinse printr-o reactie imuna extrem de violenta, asemanatoare, într-o anumita masura, respingerii unui transplant de organ la om.
Ceea ce i-a surprins pe cercetatori a fost modul în care se producea aceasta reactie. „Este o inflamatie uriasa. Ca si cum ar izbucni un incendiu si s-ar declansa alarma, iar apoi celulele pur si simplu explodeaza”, a explicat Chew Chai, autoarea principala a studiului.
Un hormon declanseaza explozia
Analizele au aratat ca reactia începea odata cu cresterea nivelului unui hormon numit activina, despre care se stia deja ca influenteaza regenerarea planariilor. Atunci când cercetatorii au injectat activina unor viermi sanatosi, au observat acelasi fenomen: inflamatie intensa si aparitia unor celule care se autodistrugeau aproape instantaneu.
Pentru a întelege exact ce se întâmpla, echipa a folosit microscopie pe celule vii si citometrie în flux, o metoda care permite analizarea si separarea celulelor individuale cu ajutorul laserelor. Astfel au identificat un tip celular necunoscut pâna acum, pe care l-au denumit ruptoblast, iar procesul exploziv prin care acesta moare a primit numele de ruptoza.
În timpul ruptozei, celula se umfla rapid, membrana se rupe, iar întregul continut este expulzat violent în mediul înconjurator. Spre deosebire de alte forme cunoscute de moarte celulara, care se desfasoara în ore întregi, ruptoza dureaza doar câteva secunde sau minute.
Pentru a verifica eficienta acestor celule, cercetatorii le-au expus unor bacterii Escherichia coli, unor celule renale umane si unor celule sanguine provenite de la soareci. Rezultatul a fost impresionant: toate aceste tipuri de celule au fost distruse daca se aflau suficient de aproape de locul exploziei. În acelasi timp, efectele nu s-au propagat mai departe.
Explozia nu a declansat o reactie în lant si nu a produs o toxicitate persistenta în tesuturile din jur. Acest detaliu este deosebit de important. O arma biologica foarte puternica, dar limitata strict la zona în care este necesara, ar putea deveni o sursa de inspiratie pentru viitoare tratamente împotriva infectiilor sau chiar a cancerului.
Ruptoblastii nu seamana cu celulele imunitare cunoscute la mamifere. Limfocitele T, neutrofilele si celelalte celule implicate în apararea organismului provin din maduva osoasa si circula prin sânge. Ruptoblastii sunt însa celule glandulare. Cercetatorii presupun ca aceste celule folosesc în mod normal mecanisme de secretie obisnuite, dar, atunci când detecteaza niveluri ridicate de activina, întregul sistem este amplificat pâna la punctul în care celula explodeaza.
Ce înseamna descoperirea pentru medicina?
Procesul pare sa fie controlat de o eliberare masiva de calciu din reticulul endoplasmatic, un compartiment celular implicat în numeroase functii metabolice. O alta descoperire interesanta este ca astfel de celule au fost identificate doar la animale foarte primitive, aflate la baza arborelui evolutiv.
Acest lucru sugereaza ca ruptoblastii reprezinta un mecanism de aparare foarte vechi, aparut cu sute de milioane de ani în urma. Potrivit cercetatorilor, vertebratele ar fi putut renunta la aceasta strategie deoarece explozia produce inevitabil si leziuni ale tesuturilor din jur.
Pentru organisme precum platelmintii, acest lucru nu reprezinta însa o problema majora, deoarece ele pot regenera foarte rapid zonele afectate datorita rezervei impresionante de celule stem. Deocamdata, nimeni nu sustine ca oamenii poseda celule similare sau ca ruptoblastii ar putea fi utilizati direct în tratamente medicale. Totusi, studiul demonstreaza ca evolutia a produs solutii biologice mult mai diverse decât se presupunea.
Întelegerea modului în care aceste celule reusesc sa concentreze o cantitate mare de substante toxice într-un atac extrem de rapid si foarte bine localizat ar putea inspira noi tehnologii terapeutice.
Cercetatorii spera ca principiile observate la platelminti vor putea fi reproduse pentru a crea tratamente capabile sa distruga selectiv bacteriile rezistente la antibiotice sau celulele tumorale, reducând în acelasi timp efectele secundare asupra tesuturilor sanatoase.
GABRIEL TUDOR
Comentarii