سیستم ایمنی عجیب کرم‌های پهن کشف شد

پژوهشگران دانشگاه استنفورد در مطالعه‌ای جدید موفق به شناسایی نوعی سلول ایمنی ناشناخته در کرم‌های پهن پلاناریا شده‌اند که برای نابودی عوامل مهاجم خود را منفجر می‌کند. این کشف که نتایج آن در نشریه علمی Cell منتشر شده نشان می‌دهد سیستم‌های ایمنی در دنیای جانوران هنوز راز‌های فراوانی در خود پنهان دارند و برخی از نوآورانه‌ترین راهکار‌های زیستی ممکن است در موجوداتی بسیار ساده‌تر از پستانداران یافت شوند.

به گزارش ساینس دیلی، پلاناریا‌ها به دلیل توانایی خارق‌العاده خود در بازسازی اندام‌های از دست‌رفته شناخته می‌شوند. دانشمندان اکنون دریافته‌اند که این جانوران از سازوکاری دفاعی بهره می‌برند که تاکنون در انسان و بسیاری از مهره‌داران مشاهده نشده است. سلول‌های تازه کشف‌شده که روپتوبلاست (Ruptoblast) نام گرفته‌اند با فعال شدن در عرض چند ثانیه منفجر شده و مواد سمی کشنده‌ای را آزاد می‌کنند که سلول‌های اطراف را از بین می‌برد. پس از این انفجار خود سلول نیز کاملا نابود می‌شود و اثری از آن باقی نمی‌ماند.

بو وانگ، استاد مهندسی زیستی در دانشکده‌های مهندسی و پزشکی دانشگاه استنفورد و نویسنده ارشد این پژوهش گفت: هرگز انتظار نداشتیم سلولی بتواند مانند یک بمب منفجر شود و سلول‌های اطراف خود را از بین ببرد.

آغاز کشف از آزمایش پیوند بافت

این کشف زمانی آغاز شد که چیو چای، پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه وانگ در حال بررسی توانایی پلاناریا‌ها برای تشخیص بافت‌های خودی از غیرخودی بود. او برای این منظور کرم‌ها را از طول برش داد و بافت‌های دو کرم متفاوت را به یکدیگر پیوند زد.

نتایج نشان داد که اگرچه پلاناریا‌ها قادرند بافت‌های خود را به‌راحتی بازسازی کنند، اما بافت‌های متعلق به کرم‌های دیگر را پس می‌زنند؛ رفتاری که شباهت زیادی به رد پیوند عضو در انسان دارد. با این حال برخلاف انسان که از سلول‌های ایمنی شناخته‌شده‌ای مانند لنفوسیت‌های T استفاده می‌کند، کرم‌های پهن از مکانیسمی کاملا متفاوت بهره می‌برند.

چای در این‌باره توضیح داد: واکنش التهابی بسیار شدیدی رخ می‌دهد. انگار آتش‌سوزی بزرگی اتفاق افتاده و زنگ هشدار به صدا درآمده است. سلول‌ها به‌سادگی منفجر می‌شوند.

نقش هورمون اکتیوین در فعال‌سازی سلول‌های انفجاری

پژوهش‌های پیشین نشان داده بود که هورمون اکتیوین (Activin) نقش مهمی در زیست‌شناسی پلاناریا‌ها دارد. افزایش سطح این هورمون توانایی بازسازی را کاهش می‌دهد در حالی که کاهش آن می‌تواند فرآیند تولیدمثل را مختل کند.

چای هنگام بررسی رد بافت‌های پیوندی دریافت که این فرآیند با افزایش شدید سطح اکتیوین همراه است و پس از آن التهاب مزمنی در بدن کرم ایجاد می‌شود. هرچند کرم‌ها بلافاصله از بین نمی‌روند اما معمولا ظرف چند روز می‌میرند. همچنین تزریق اکتیوین به کرم‌های سالم نیز همین واکنش التهابی را ایجاد کرد.

برای درک بهتر این فرآیند پژوهشگران از میکروسکوپ زنده سلولی و روش فلوسایتومتری استفاده کردند. آنها پس از نشانه‌گذاری سلول‌ها با رنگ‌های فلورسنت و جداسازی آنها گروهی از سلول‌ها را شناسایی کردند که در برابر اکتیوین واکنش نشان می‌دادند.

این سلول‌ها پس از فعال شدن، به سرعت منفجر می‌شدند موادی کشنده آزاد می‌کردند و ظرف کمتر از پنج دقیقه کاملا ناپدید می‌شدند. محققان این فرآیند جدید را روپتوزیس (Ruptosis) نام‌گذاری کردند.

مرگی انفجاری در چند ثانیه

یکی از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد روپتوزیس سرعت فوق‌العاده بالای آن است. چای می‌گوید اگرچه برخی سلول‌های پستانداران و حتی باکتری‌ها نیز نوعی مرگ انفجاری را تجربه می‌کنند اما این فرآیند معمولا طی چند ساعت رخ می‌دهد و مواد درون سلول به‌آرامی از منافذ غشا خارج می‌شوند.

او توضیح داد: در روپتوزیس همه‌چیز ظرف چند ثانیه تا چند دقیقه اتفاق می‌افتد. این سرعت با آنچه تاکنون در سیستم‌های ایمنی شناخته شده بود، تفاوت اساسی دارد.

نابودی باکتری‌ها و سلول‌های پستانداران

برای ارزیابی توانایی این سلول‌ها، پژوهشگران آنها را در معرض باکتری E. coli سلول‌های کلیوی انسان و سلول‌های خونی موش قرار دادند. نتایج نشان داد روپتوبلاست‌ها قادر به نابودی هر سه نوع هدف هستند.

با این حال اثر آنها بسیار موضعی است. مرگ سلولی تنها در محدوده نزدیک محل انفجار رخ می‌دهد و هیچ واکنش زنجیره‌ای یا سمیت طولانی‌مدتی ایجاد نمی‌شود. پژوهشگران معتقدند همین ویژگی می‌تواند در آینده برای توسعه درمان‌های هدفمند علیه عفونت‌های باکتریایی یا حتی برخی تومور‌ها مفید باشد.

تفاوت با سلول‌های ایمنی شناخته‌شده

بررسی‌ها نشان داد روپتوبلاست‌ها برخلاف سلول‌های ایمنی متداول مانند نوتروفیل‌ها یا سلول‌های T از منشا خونی نیستند و در واقع نوعی سلول غده‌ای محسوب می‌شوند.

این سلول‌ها با تقویت سامانه ترشحی خود هنگام دریافت سیگنال اکتیوین به‌سرعت مواد سمی را آزاد می‌کنند. محققان همچنین دریافتند افزایش ناگهانی سطح کلسیم آزادشده از شبکه آندوپلاسمی سلول نقش کلیدی در آغاز این انفجار ایفا می‌کند.

میراثی باستانی از تاریخ تکامل

جست‌وجوی پژوهشگران در سایر گونه‌های جانوری نشان داد سلول‌های مشابه تنها در جانوران دوطرفه ابتدایی مانند کرم‌های پهن یافت می‌شوند. این موضوع احتمالا نشان‌دهنده منشا بسیار کهن این مکانیسم دفاعی در تاریخ تکامل جانوران است.

چای معتقد است مهره‌داران ممکن است در طول تکامل این راهبرد ایمنی را از دست داده باشند زیرا برخلاف پلاناریا‌ها توانایی بازسازی گسترده بافت‌های آسیب‌دیده را ندارند. در مقابل کرم‌های پهن دارای ذخایر فراوان سلول‌های بنیادی هستند که به آنها امکان ترمیم سریع آسیب‌های ناشی از این انفجار‌ها را می‌دهد.

بو وانگ در پایان تاکید کرد: این کشف نشان می‌دهد که در طبیعت مکانیسم‌های ایمنی بسیار متنوعی وجود دارد. حیوانات بی‌شماری در محیط‌هایی سرشار از باکتری‌ها و ویروس‌ها زندگی می‌کنند اما ما هنوز شناخت اندکی از شیوه دفاعی آنها داریم.

به گفته پژوهشگران مطالعه موجودات کمتر شناخته‌شده می‌تواند راه‌های تازه‌ای برای درک بهتر زیست‌شناسی توسعه دارو‌های نوین و مقابله با چالش‌های پیچیده پزشکی در اختیار دانشمندان قرار دهد.