Слово регенерация берет свое начало от позднелатинского regeneratio, что переводится как «возрождение», «возобновление». В биологии, под регенерацией понимается восстановление организмом утраченных или поврежденных органов и тканей, а также восстановление целого организма из его части. Регенерацию можно наблюдать в естественных условиях, а также она может быть вызвана экспериментально.

Впервые, возможности регенерации у различных организмов были описаны еще в XVIII веке, однако и сейчас не совсем ясно, как происходит этот процесс. Наиболее наглядный и широко распространенный пример регенерации у растений -весеннее восстановление листьев опавших осенью. Однако, многие под регенерацией понимают только восстановление насильственно утраченных частей организма, таким образом, сужая значение термина «регенерация». Размножение растений при помощи черенков - простейший случай регенерации, когда из небольшой вегетативной части восстанавливается целое растение. У растений широко распространена и такой вид регенерации, как регенерация из небольших кусочков или отрезков корня, корневища или слоевища. У некоторых растений возможна регенерация целого растения из листовых черенков, или даже кусочков листа, как например, у бегоний.

Искусственным путем удавалась у некоторых растений регенерация из отдельных изолированных клеток и даже из отдельных изолированных протопластов, а у некоторых видов сифоновых водорослей – даже из небольших участков их многоядерной протоплазмы. Проявлению регенерации обычно способствует молодой возраст растения, хотя при этом, на слишком ранних стадиях онтогенеза орган может оказаться неспособным к регенерации. В целом же, регенерация, это биологическое приспособление, которое обеспечивает заживление (зарастание) ран, а также восстановление случайно утраченных органов, а нередко является основой вегетативное размножение целого ряда видов. Именно поэтому, регенерация, как способ вегетативного размножения, имеет большое значение для таких видов человеческой деятельности, как растениеводство, плодоводство, лесоводство, декоративное садоводство и др.

ФотоРегенерация в животном мире – это в широком смысле: образование новых структур взамен утраченных. А термин "регенерация" для названия этого явления впервые был предложен в 1712 французским учёным Р. Реомюром, когда он изучал востановление утраченных ног у речного рака. Позже была установлено, что у многих беспозвоночных регенерация целого организма возможна из небольшого кусочка тела, а вот у высокоорганизованных животных возможна регенерация лишь отдельные органы или их частей. У животных регенерация может происходить либо путём роста тканей на раневой поверхности, либо перестройкой оставшейся части органа в новый, либо путём роста остатка органа без изменения его формы.

Примеров регенерации в животном мире у разных групп много. Вот, например, у амфибий, возьмем представителя семейства настоящие саламандры (Salamandridae), из отряда хвостатых земноводных. Тело у саламандр плотное, окраска одноцветная чёрная, или с крупными жёлтыми или оранжево-жёлтыми пятнами; хвост сравнительно небольшой. У саламандр имеются хорошо развитые околоушные железы (паротиды), выделения которых у огненной саламандры ядовиты, а попадая на мелких животных, могут вызвать их гибель. Возможно поэтому, некоторые хищники хватают саламандру только за вполне съедобный хвост, который саламандра, чтобы остаться живой, без сожаления отбрасывает (автотомия), а со временем хвост восстанавливается, т.е. происходит его регенерация.

Из пресноводных беспозвоночных животных уникальной способностью к регенерации, обладает гидра (Hydrida), из класса гидроидных и типа кишечнополостных. Она имеет цилиндрическое тело, длиной до 1 см, которое прикрепляется к субстрату плоской подошвы, а на другом свободном конце тела находится рот, окруженный 4-20 щупальцами со стрекательными клетками. Гидра - это живое ископаемое, которое встречалось еще 700 млн. лет назад. Гидры обладают исключительно высокой способностью к регенерации, что было установлено в середине 18 века швейцарским натуралистом Трамбле Абраамом. Изучая гидру, он открыл явление регенерации целого организма из его части или даже из массы отдельных клеток. Исследователь установил, сто если гидру разрезать пополам, то всего через три дня она воссоздает вторую половину тела. До сих пор не понятно, как это происходит!

Как показали современные исследования восстановление поврежденных участков органов и тканей обеспечивают стволовые клетки. Стволовые клетки входят в состав постоянно обновляющихся тканей животных и именно они способны в процессе развития эмбриона к дифференцировке, когда первоначально одинаковых клетки превращаются в специализированные. Если большинство животных с возрастом практически утрачивают способность к производству стволовых клеток, то у гидры - не утрачивается, а все происходит так, как будто мы имеем дело с вечным эмбрионом.

В отличие от гидры, у которой стволовые клетки расположены в середине тела, а у планарии стволовые клетки расположены по всему телу. Планарии это свободноживущие, широко распространенные (в пресных водах, реже в морях а в тропиках и на почве) ресничные черви, некоторые из них бывают длиной до 35 см. Когда в лабораторных условиях планарию разрезали на части в области хвоста, головы, шеи и туловища, то через некоторое время из каждого кусочка появляется новое независимое существо. При этом было установлено, что на каждом месте разреза у планарии образуются стволовые клетки. Интересен и такой опыт с планарией. Ученый отсек планарии голову и сделал продольный разрез тела. В результате, через определенный период времени произошло восстановление планарии но уже с двумя головами!

О частичной регенерации человеку было известно и ранее. Так, у морских обитателей - крабов и омаров, при обламывании клешни, со временем восстанавливают ее. На суше к регенерации утраченного хвоста способны ящерицы. Некоторые амфибии обладают способностью к регенерация лапок. Если аксолотль (личинка хвостатых земноводных - амбистом, способная к неотении, т.е. к размножению на личиночной стадии) потерял лапку, то со временем у него отрастает новая лапка со всеми 4-мя пальцами. При этом регенерация конечности происходит потому, что клетки вокруг ранки становятся стволовыми (хотя они не были таковыми до ампутации) и начинается процесс строительства. А если в лапке аксолотля делали искусственный надрез, через который вытаскивали кусочек нерва и затем оборачивали его кусочком кожи, то на этом месте со временем вырастает еще одна конечность. Интересной способностью к регенерации обладает и тритон. У него способны к восстановлению челюсти и глаза.

Некоторые животные способны восстанавливать утраченные части тела. А может ли человек восстанавливать утраченные органы? Регенерация у человека (как и у животных) - образование новых структур взамен удалённых либо погибших в результате повреждения (репаративная регенерация) или утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности (физиологическая регенерация); вторичное развитие, вызванное утратой развившегося ранее органа.

Специально проведенные исследования показали, что у млекопитающих и человека целые наружные органы к регенерации не способны, зато их внутренние органы, а также мышцы, скелет и кожа способны к частичной регенерации. Уникальной способностью к регенерации обладает печень, и это притом, что клетки печени – не стволовые, но они могут быстро размножаться, как только получено повреждение этого органа. Поэтому, даже при удалении 70% печени она регенерирует.

В настоящее время в центре внимания ученых находятся стволовые клетки. Во взрослом организме стволовые клетки находятся, в основном, в костном мозге и, в очень небольших количествах, во всех органах и тканях: в коже, мышцах, жире, кишечнике, нервной ткани и даже сетчатке глаза. Недавно обнаружено, что некоторые клетки взрослого организма человека, по-видимому, хотя бы отчасти обладают способностью порождать стволовые клетки, характерные для эмбриона. Пуповина новорожденных детей - источник стволовых клеток, обладающих мощным потенциалом…

У большинства высших растений вегетативное размножение обусловлено наличием почек на отделившихся или отделенных их частях |при размножении луковицами, корневищами, отводками, стеблевыми или корневыми черенками) или возможностью возникновения таких почек (при размножении листовыми черенками), а также придаточных корней.

Иными словами, в этих случаях на отделившихся частях растений обязательно должна либо изначально присутствовать, либо заново развиться меристема. Развитие такой ткани осуществляется потому, что живые клетки (особенно слабо специализированные) сохраняют возможность делиться и передавать возникающим при этом клеткам всю заключенную в них наследственную информацию, необходимую для развития целого растения. При использовании особых методов культивирования удавалось даже из одной клетки вырастить целое растение, способное цвести и плодоносить.

Регенерация свойственна и животным.

К регенерации способны многие одноклеточные. Инфузорию трубача можно разрезать на десятки кусков. Тот из них, в котором сохранилась хотя бы часть ядра (ядра у трубача высокополиплоидны) и часть клеточной мембраны, способен регенерировать в целую инфузорию.

У многих беспозвоночных животных не только отрастают утраченные ими части тела, но и из части тела может восстановиться целая особь. Например, у морских звезд на месте оторванного луча возникает новый, а из самого оторванного луча может вырасти целая звезда. Способность к регенерации различна даже у близкородственных групп: кольчатые черви (высокоорганизованная группа червей) способны восстанавливаться из части тела, а круглые черви (сравнительно низкоорганизованные животные) крайне слабо способны к регенерации.

Среди позвоночных животных нет таких, у которых из кусочка тела мог бы вырасти целый организм. В лучшем случае у них отрастают лишь отдельные органы или части тела: у ящериц — хвосты, у рыб — плавники, у птиц — клювы. А вот лапки и даже только пальцы не восстанавливаются ни у взрослых лягушек и жаб, ни у птиц и ящериц, ни у млекопитающих. Только у молодых головастиков, у взрослых тритонов и саламандр лапки и хвосты отрастают.

Оказалось, что в этих случаях вокруг образовавшейся раны ткани сильно разрушаются. Их клетки как бы омолаживаются, становятся похожими на зародышевые, которые могут приобретать разные «специальности»: становиться клетками кожи, мышц, кости. Если же лапки не отрастают, то на месте раны возникает рубец. Однако если у таких животных искусственно разрушать ткани вокруг отрезанной лапки (действием кислот, солей, ультрафиолетовыми лучами, укалыванием), происходит ее восстановление и у головастиков «старшего возраста», и у лягушек. Даже у ящериц и крысят на месте удаленной конечности могут появляться выросты с отростками, отдаленно похожими на пальцы.

Органы человека часто подвергаются травмам, разрушаются при некоторых заболеваниях. Иногда приходится удалять часть поврежденного органа. Долгое время ошибочно считали, что у человека, как и у всех млекопитающих, регенерация оперированных внутренних органов ограничивается возникновением рубца, шрама. Но в таком случае оставшаяся часть органа не справилась бы со всеми функциями. Только при определенном количестве клеток орган может выполнять свою работу. Причем для правильного его функционирования важна не форма органа, а лишь его величина, масса. При удалении части печени происходит быстрое компенсаторное увеличение оставшейся части органа. При удалении одной из почек или одного из легких вторая почка или второе легкое увеличивается в размерах. Этот процесс тоже называют регенерацией. Рост печени или почки происходит в результате увеличения как размеров клеток, так и их числа.

Источник

Подробнее о регенерации животных:

Регенерация гидры

Регенерация у тритонов и саламандр

ЖИВОТНЫЕ ДОЛГОЖИТЕЛИ

Подробнее о регенерации людей:

РЕГЕНЕРАТИВНАЯ МЕДИЦИНА

В #30 Дайджесте Новостей аватар-технологий: 1) система имитации речи для парализованных людей; 2) биокомпьютер из кишечной палочки, способный управлять поведением других микробов; 3) технология управления развитием эмбриональных стволовых клеток при помощи импульсов света; 4) умные микророботы в форме рыбок для детоксикации, диагностики и доставки лекарственных препаратов в тело человека; 5) система создания высокодетализированных 3D-моделей различных объектов с помощью дронов.

Смотрите новости, будьте в курсе самых важных событий в сфере технологий искусственного тела, робототехники, кибермедицины, нано- и биотехнологий!

1) Ученые из британского университета Лафборо создали систему для имитации речи парализованного человека, который не может говорить самостоятельно.  

Устройство основано на дыхании пользователя и состоит из маски на рот и нос, связанной шлангом с компьютером. Пациент дышит по определенной схеме, а программное обеспечения обрабатывает рисунок дыхания и присваивает его определенному слову или фразе. Система учится вместе с пользователем, и помогает сформировать запас лексики, которая подходит конкретному человеку.

Это совместная работа разработчиков и пациента, но после того, как сигналы дыхания определены, компьютер распознает 97,5% слов, а синтезатор речи их воспроизводит.

Поскольку дыхание - это физиологический процесс, который не требует лицевых движений, или напряжения мышц конечностей, устройство может помочь общаться людям с различными нарушениями речи, в том числе пациентам на искусственной вентиляции легких.

2) Биологи модифицировали несколько штаммов бактерий и объединили их в биокомпьютер, способный управлять поведением других микробов.

Мэтью Беннетт из университета Райса в Хьюстоне (США) и его коллеги вставили в два разных штамма кишечной палочки два противоположных по смыслу набора генов, которые заставляли эти бактерии синтезировать сигнальные молекулы, включавшие или выключавшие наборы генов в третьей популяции бактерий.

Когда исследователи поместили все три штамма бактерии в одну пробирку, возник генератор опорной частоты, своего рода электронный маятник, позволяющий синхронизировать работу других устройств.

В перспективе это позволит ученым создавать полноценные "живые" логические схемы и использовать их в медицине. Биокомпьютеры смогут управлять активностью микроорганизмов в кишечнике и регулировать производимые им вещества.

3) Американские молекулярные биологи разработали метод управления развитием эмбриональных стволовых клеток при помощи импульсов света. Это позволяет преобразовывать стволовые клетки в нейроны или другие типы зрелых клеток в нужный момент времени.

Ученые из университета Калифорнии в Сан-Франциско экспериментировали с эмбриональными модифицированными стволовыми клетками мышей, в которых под воздействием импульсов лазера синего цвета включалась программа превращения в нейроны.

Ученые обнаружили, что стволовые клетки обладают “внутренним секундомером” и системой молекулярных сигналов, которые управляют их последующей специализацией. С помощью системы редактирования генома исследователи пометили ген, тормозящий превращение стволовых клеток в другие ткани, и присоединили к нему участок ДНК, кодирующий флюоресцентный белок-метку. С помощью микроскопа ученые смогли увидеть, как стволовая клетка принимает решение.

Разработчики надеются, что со временем они смогут запрограммировать стволовые клетки распознавать лучи света разных цветов, которые будут запускать программу преобразования клеток в конкретный тип ткани.

4) Наноинженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали инновационную технологию 3D-печати для создания микророботов в форме рыбок.

Длина каждой микрорыбки 120 мкм, толщина – 30 мкм. Устройства могут плавать в жидкостях, получать энергию химическим путём из перекиси водорода и контролироваться с помощью магнитов. Наноинженеры добавили функциональные наночастицы в некоторые части тела микроботов: в хвостах они разместили наночастицы платины, которые вступают в реакцию с перекисью водорода и позволяют устройству двигаться вперёд, а в голове – наночастицы магнитного оксида железа для управления микророботами с помощью магнитов.

Метод изготовления основан на быстрой технологии 3D-печати с высоким разрешением, что позволяет исследователям напечатать массив из сотни микрорыбок всего за несколько секунд.

Чтобы проверить, насколько хорошо миниатюрные рыбки справляются с задачей очистки жидкости, в которой плавают, исследователи добавили наночастицы в тело устройств, которые захватывают и нейтрализуют токсины, которые содержатся в пчелином яде.

Это еще один шаг к созданию нового поколения умных микророботов, которые смогут осуществлять детоксикацию, диагностику и направленную доставку лекарственных препаратов в теле человека.

5) И в заключение посмотрите впечатляющее видео компании PRENAV о разработанной их специалистами системе создания высокодетализированных 3D-моделей различных структур с помощью дронов. Ничего революционного. Но как красиво!

Система Prenav использует ПО собственной разработки и установленную на земле камеру с лазерным дальномером, чтобы направлять дронов по заранее проложенному маршруту. Дроны делают фотографии, которые затем складываются в полную трёхмерную модель сканируемого объекта.

Представители Prenav говорят, что их система может применяться там, где участие человека опасно: например, при инспектировании сотовых вышек или ветряных турбин.

Автор и ведущая: Мария Тучина

www.facebook.com/maria.tuchina

Операторская работа:

Yaroslav Nikitin / Dasha Shlykova / Vladimir Shlykov

www.GetYourMedia.ru

Дизайн: Александр Соколков

www.video-market.ru

Источники: www.hi-news.ru, www.vesti.ru, www.ucsf.edu, www.nplus1.ru, www.ria.ru, ww.mir24.tv, www.gizmag.com

Фото и видео: PRENAV, SciNews, UC San Francisco (UCSF), Loughborough University

Источник: http://www.youtube.com/watch?v=1Y-hojDHqYg&index=1&list=PLWpFo2Eg54sG-68GSC8-6CB6nN3PLkdwj

© Фото: Erik Carlson

МОСКВА, 30 июл – РИА Новости. Международный коллектив молекулярных биологов впервые в истории человечества создал искусственный аналог рибосомы – ключевой части клетки, отвечающей за сборку молекул белков, и научил ее использовать не существующие в природе аминокислоты, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Наша собственная "белковая фабрика" открывает новые пути к расширению генетического кода в очень уникальном и преображающем плане, что даст нам возможности создать что-то новое в области синтетической биологии и биомолекулярной инженерии", — заявил Майкл Джуэтт (Michael Jewett) из университета штата Иллинойс в Чикаго (США).

Джуэтт и его коллеги создали первую полноценную искусственную рибосому относительно случайно – подобная задача в их планы не входила, так как ученые просто пытались найти ответ на одну из главных биологических загадок этих "белковых фабрик" – почему они разделены на две половинки, не соединенные друг с другом.

Как объясняют биологи, когда клетка собирает молекулы того или иного белка, она вырабатывает несколько нитей так называемой матричной РНК, которая содержит в себе "инструкции" по их сборке. Когда мРНК выходит из ядра в клетку, к ней присоединяются "половинки" рибосом и начинают считывать генетические "буквы" и соединять молекулы аминокислот в белковую цепочку.

Среди ученых достаточно долгое время существует спор – может ли рибосома работать, если ее половинки были бы связаны постоянно, а не только во время сборки белков. Авторы статьи попытались разрешить его на практике, попытавшись создать искусственную "белковую фабрику",  чьи половинки были бы соединены прочной двойной связью.

Для этого ученые извлекли из клетки молекулы РНК, содержащие в себе инструкции по сборке рибосомы, и модифицировали их таким образом, чтобы их половинки были склеены друг с другом. Получив так называемую "химерную" РНК, Джуэтт и его коллеги поместили ее в клетку бактерии и начали следить за развитием событий.

К удивлению ученых, созданная ими искусственная рибосома нормально собиралась внутри клетки, исполняла все возложенные на нее функции и даже поддерживала жизнь микроба в тех случаях, когда Джуэтт и его коллеги удалили все нормальные рибосомы и связанные с ними гены из бактерии.

Подобный результат эксперимента, как утверждают авторы статьи, означает, что у нас теперь есть способ создавать полноценные синтетические цепочки сборки белков и прочих молекул, которые будут работать отдельно от всего остального организма микроба и не мешать его жизнедеятельности. Это, надеются ученые, позволит в будущем собирать молекулы лекарств и других полезных веществ при помощи подобных "биофабрик".

Источник

30.07.2015

Похожая новость:

Создана первая искусственная рибосома