Η Άλις Ακόρσι , επίκουρη καθηγήτρια μοριακής και κυτταρικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Ντέιβις, μελετά πώς αυτά τα σαλιγκάρια αναγεννούν τα μάτια τους — με στόχο να βοηθήσουν τελικά στην αποκατάσταση της όρασης σε άτομα με τραυματισμούς στα μάτια.

Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 6 Αυγούστου στο Nature Communications, η Accorsi δείχνει ότι το μηλοσαλίγκαρο (golden apple snail) και τα ανθρώπινα μάτια έχουν πολλά ανατομικά και γενετικά χαρακτηριστικά.

«Τα σαλιγκάρια golden apple snail είναι ένα εκπληκτικό είδος», δήλωσε η Accorsi. «Παρέχουν μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσουμε την αναγέννηση σύνθετων αισθητήριων οργάνων. Πριν από αυτό, μας έλειπε ένα σύστημα για τη μελέτη της πλήρους αναγέννησης των ματιών».

Η ομάδα της ανέπτυξε επίσης μεθόδους για την επεξεργασία του γονιδιώματος του σαλιγκαριού μήλου, οι οποίες θα τους επιτρέψουν να διερευνήσουν τους γενετικούς και μοριακούς μηχανισμούς πίσω από την αναγέννηση των ματιών.

Ένα σαλιγκάρι που δεν κινείται με τόσο γρήγορο ρυθμό
Το golden apple snail ( Pomacea canaliculata) είναι ένα είδος σαλιγκαριού γλυκού νερού από τη Νότια Αμερική. Πλέον το βρίσκουμε σε πολλά μέρη σε όλο τον υπόλοιπο κόσμο.

«Τα σαλιγκάρια του είδους golden apple snail είναι ανθεκτικά, ο χρόνος αναπαραγωγής τους είναι πολύ σύντομος και έχουν πολλούς απογόνους», είπε.

Εκτός του ότι είναι εύκολο να καλλιεργηθούν στο εργαστήριο, τα σαλιγκάρια golden apple snail έχουν μάτια «τύπου κάμερας» — τον ίδιο τύπο με τους ανθρώπους.

Τα σαλιγκάρια golden apple είναι γνωστά για τις αναγεννητικές τους ικανότητες εδώ και αιώνες – το 1766, ένας ερευνητής σημείωσε ότι τα αποκεφαλισμένα σαλιγκάρια κήπου μπορούν να ξαναφυτρώσουν ολόκληρα τα κεφάλια τους. Ωστόσο, η Accorsi είναι η πρώτη που αξιοποιεί αυτό το χαρακτηριστικό στην αναγεννητική έρευνα.

«Όταν άρχισα να διαβάζω γι’ αυτό, αναρωτιόμουν γιατί κανείς δεν χρησιμοποιεί ήδη σαλιγκάρια για να μελετήσει την αναγέννηση των ματιών τους;» είπε η Accorsi. «Νομίζω ότι αυτό συμβαίνει επειδή μέχρι τώρα δεν είχαμε βρει το τέλειο σαλιγκάρι για να μελετήσουμε. Πολλά άλλα σαλιγκάρια αναπαράγονται δύσκολα ή πολύ αργά στο εργαστήριο και πολλά είδη υφίστανται επίσης μεταμόρφωση, η οποία αποτελεί μια επιπλέον πρόκληση».

Μάτια σαν φωτογραφική μηχανή
Υπάρχουν πολλά είδη ματιών στο ζωικό βασίλειο, αλλά τα μάτια τύπου κάμερας είναι γνωστά για την παραγωγή εικόνων ιδιαίτερα υψηλής ανάλυσης. Αποτελούνται από έναν προστατευτικό κερατοειδή, έναν φακό για την εστίαση του φωτός και έναν αμφιβληστροειδή που περιέχει εκατομμύρια φωτοϋποδοχείς που ανιχνεύουν φως. Βρίσκονται σε όλα τα σπονδυλωτά, σε ορισμένες αράχνες, καλαμάρια και χταπόδια, και σε ορισμένα σαλιγκάρια.

Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό ανατομών, μικροσκοπίας και γονιδιωματικής ανάλυσης, η ομάδα της Accorsi έδειξε ότι τα μάτια του σαλιγκαριού είναι ανατομικά και γενετικά παρόμοια με τα ανθρώπινα μάτια.

«Κάναμε πολλή δουλειά για να δείξουμε ότι πολλά γονίδια που συμμετέχουν στην ανάπτυξη του ανθρώπινου ματιού υπάρχουν και στο σαλιγκάρι», δήλωσε η Accorsi. «Μετά την αναγέννηση, η μορφολογία και η γονιδιακή έκφραση του νέου ματιού είναι σχεδόν πανομοιότυπη με την αρχική».

Η διαδικασία αναγέννησης του ματιού
Πώς, λοιπόν, τα σαλιγκάρια αναγεννοούν τα μάτια τους μετά τον ακρωτηριασμό; Οι ερευνητές έδειξαν ότι η διαδικασία διαρκεί περίπου ένα μήνα και αποτελείται από διάφορες φάσεις. Πρώτον, η πληγή πρέπει να επουλωθεί για να αποφευχθεί η μόλυνση και η απώλεια υγρών, κάτι που συνήθως διαρκεί περίπου 24 ώρες. Στη συνέχεια, μη εξειδικευμένα κύτταρα μεταναστεύουν και πολλαπλασιάζονται στην περιοχή. Μετά από μιάμιση εβδομάδα περίπου, αυτά τα κύτταρα αρχίζουν να σχηματίζουν δομές των ματιών, συμπεριλαμβανομένου του φακού και του αμφιβληστροειδούς. Μέχρι την 15η ημέρα μετά τον ακρωτηριασμό, όλες οι δομές του ματιού είναι έχουν σχηματιστεί συμπεριλαμβανομένου του οπτικού νεύρου, αλλά αυτές οι δομές συνεχίζουν να ωριμάζουν και να αναπτύσσονται για αρκετές ακόμη εβδομάδες.

«Δεν έχουμε ακόμη οριστικά στοιχεία ότι μπορούν να δουν εικόνες, αλλά ανατομικά, έχουν όλα τα στοιχεία που χρειάζονται για να σχηματίσουν μια εικόνα», δήλωσε ο Accorsi. «Θα ήταν πολύ ενδιαφέρον να αναπτύξουμε μια δοκιμασία συμπεριφοράς που να δείχνει ότι τα σαλιγκάρια μπορούν να επεξεργάζονται ερεθίσματα χρησιμοποιώντας τα νέα τους μάτια με τον ίδιο τρόπο που έκαναν με τα αρχικά τους μάτια. Αυτό είναι κάτι πάνω στο οποίο εργαζόμαστε».

Η ομάδα διερεύνησε επίσης ποια γονίδια ήταν ενεργά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αναγέννησης. Έδειξαν ότι αμέσως μετά τον ακρωτηριασμό, τα σαλιγκάρια είχαν περίπου 9.000 γονίδια που εκφράζονταν με διαφορετικούς ρυθμούς σε σύγκριση με τα μάτια των φυσιολογικών ενήλικων σαλιγκαριών. Μετά από 28 ημέρες, 1.175 γονίδια εξακολουθούσαν να εκφράζονται διαφορετικά στο αναγεννημένο μάτι, γεγονός που υποδηλώνει ότι αν και τα μάτια φαίνονται πλήρως ανεπτυγμένα μετά από ένα μήνα, η πλήρης ωρίμανση μπορεί να χρειαστεί περισσότερο χρόνο.

Γονίδια για αναγέννηση
Για να κατανοήσει καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο τα γονίδια ρυθμίζουν την αναγέννηση των ματιών, η Accorsi ανέπτυξε μεθόδους για την επεξεργασία του γονιδιώματος των σαλιγκαριών χρησιμοποιώντας το CRISPR-Cas9.

«Η ιδέα είναι να μεταλλάξουμε συγκεκριμένα γονίδια και στη συνέχεια να δούμε ποια επίδραση έχουν στο ζώο, κάτι που μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τη λειτουργία διαφορετικών τμημάτων του γονιδιώματος», δήλωσε η Accorsi.

Ως πρώτη δοκιμή, η ομάδα χρησιμοποίησε το CRISPR/Cas9 για να μεταλλάξει ένα γονίδιο που ονομάζεται pax6 σε έμβρυα σαλιγκαριών. Το Pax6 είναι γνωστό ότι ελέγχει την ανάπτυξη και την οργάνωση του εγκεφάλου και των ματιών σε ανθρώπους, ποντίκια και μύγες των φρούτων. Όπως και οι άνθρωποι, τα σαλιγκάρια έχουν δύο αντίγραφα κάθε γονιδίου – ένα από κάθε γονέα. Οι ερευνητές έδειξαν ότι όταν τα σαλιγκάρια golden apple έχουν δύο μη λειτουργικές εκδοχές του pax6 , αναπτύσσονται χωρίς μάτια, γεγονός που δείχνει ότι το pax6 είναι επίσης απαραίτητο για την αρχική ανάπτυξη των ματιών στα σαλιγκάρια μήλου.

Η Accorsi εργάζεται πάνω στο επόμενο βήμα: να ελέγξει εάν το pax6 παίζει επίσης ρόλο στην αναγέννηση των ματιών. Για να το διαπιστώσουν αυτό, οι ερευνητές θα πρέπει να μεταλλάξουν ή να απενεργοποιήσουν το pax6 σε ενήλικα σαλιγκάρια και στη συνέχεια να ελέγξουν την αναγεννητική τους ικανότητα.

Διερευνά επίσης άλλα γονίδια που σχετίζονται με τα μάτια, συμπεριλαμβανομένων γονιδίων που κωδικοποιούν συγκεκριμένα μέρη του ματιού, όπως τον φακό ή τον αμφιβληστροειδή, και γονίδια που ελέγχουν το pax6 .

«Αν βρούμε ένα σύνολο γονιδίων που είναι σημαντικά για την αναγέννηση των ματιών, και αυτά τα γονίδια υπάρχουν επίσης στα σπονδυλωτά, θεωρητικά θα μπορούσαμε να τα ενεργοποιήσουμε για να επιτρέψουμε την αναγέννηση των ματιών στους ανθρώπους», δήλωσε ο Accorsi.