Tim s istraživačkog kampusa Janelia ugledne američke zaklade HHMI razvio je metodu nazvanu WHOLISTIC koja omogućuje promatranje stanične komunikacije u cijelom tijelu mlade cebrice – od kardiovaskularnog i probavnog do živčanog sustava – dok se ribica kreće, hrani i spava. Rad je objavljen u časopisu Nature, a njime su obuhvaćeni signali koje stanice međusobno razmjenjuju putem kalcija.
Razgovor tijela koji se dosad mogao samo naslutiti
Ljudsko tijelo neprestano komunicira – stanice šalju signale kako bi sustav funkcionirao. Biolozi su desetljećima hvatali tek djeliće tog dijaloga. Virginie Ruetten, postdoktorandica u laboratoriju Mishe Ahrensa, zajedno sa suradnicima sa sveučilišta u Londonu, Virginiji i Tsinghua, uspjela je ono što se činilo nemogućim: istodobno pratiti aktivnost pojedinačnih stanica u svim organskim sustavima jednog kralježnjaka.
Razvoj metode trajao je više od desetljeća. Najprije su istraživači osmislili način da senzor kalcija dospije u svaku stanicu tijela, zatim su odredili optimalni mikroskop za snimanje, razvili računalne metode za praćenje signala te na kraju cijelo tkivo fizički povećali kako bi potvrdili identitet snimljenih stanica.
Ahrens objašnjava zašto je ovaj pristup revolucionaran: evolucija nije marila hoće li se odluka donijeti u moždanoj kori ili u vezi između moždanog debla i mokraćnog mjehura. Različite biološke discipline proučavale su pojedine sustave zasebno, a sada se sve mogu povezati i proučavati na istoj životinji.
Što je već otkriveno
Metoda je odmah dala rezultate. Istraživači su otkrili da su moždanu aktivnost i većinu organskih sustava moguće pratiti na razini pojedinačnih stanica. Pronašli su široku povezanost između mozga, mišića i organa te pokazali da mnoge vrste stanica imaju karakteristične vremenske obrasce aktivnosti koji olakšavaju njihovu identifikaciju.
Posebno je zanimljivo otkriće o mehanizmima preživljavanja u uvjetima niske razine kisika: možda no deblo upravlja preusmjeravanjem krvi iz crijeva prema mozgu i mišićima. Također su identificirane stanice koje reagiraju na hladnoću, uključujući hondrocite – glavne stanice hrskavice. Ketamin, anestetik, stimulira moždane ovojnice, a ne samo neurone, što otvara nova pitanja o njegovu djelovanju.
Znanstvenici su primijetili i valove aktivnosti duž leđne moždine i mozga koji nastaju u ependimalnim stanicama tijekom duljeg mirovanja, što sugerira da bi te stanice mogle biti uključene u regulaciju sna. Postavlja se pitanje koje izvor ne postavlja: ako ependimalne stanice doista upravljaju snom, koliko naših dosadašnjih predodžbi o središtima sna u mozgu treba revidirati?
Korak prema razumijevanju čovjeka
Radi se o prvom koraku prema razumijevanju strojeva složenijih organizama poput čovjeka. Tim već prilagođava metodu ribi danioneli koja ostaje prozirna cijeloga života i omogućuje proučavanje složenijih ponašanja od onih koja su moguća kod cebrice stare tek nekoliko dana.
Ahrens uspoređuje dosadašnji pristup neuroznanosti s pokušajem razumijevanja velike korporacije gledajući samo jedan odjel. Umjesto toga, treba promatrati protok informacija u cijeloj zgradi i uzeti u obzir sve tvrtke s kojima je povezana. Promatranje svih dijelova istodobno omogućit će uzročne zaključke o tome što je s čime povezano i u kojem trenutku – a mnoge veze neće uključivati uobičajene sumnjivce poput neurona.
Metoda je dostupna znanstvenoj zajednici: ribe se dijele, računalni kod je otvoren, a mikroskop koji se koristi uobičajen je u biološkim laboratorijima diljem svijeta. Ovo je rijedak slučaj u kojem vrhunska znanost ne ostaje zatvorena u elitnim institucijama, već postaje alat za sve koji žele odgovoriti na vlastita pitanja o funkcioniranju tijela.
Kako kaže Ruetten, rad premošćuje dvije temeljne skale biologije – stanicu i organizam – te popunjava jaz u promatranju koji je postojao jer je bilo iznimno teško gledati stanične odgovore u mjerilu cijeloga tijela. Hoće li ova metoda doista omogućiti potpuno razumijevanje organizma, ostaje otvoreno pitanje, no jedno je sigurno: biolozi više nikada neće morati slušati samo odlomke razgovora koji se u tijelu odvija svake sekunde.