Kim jest aksolotl?
Aksolotl (Ambystoma mexicanum) to płaz ogoniasty o galaretowatym ciele, małych oczach, dużym pysku, dwóch pierzastych rozgałęzieniach skrzelowych, czterech łapach i długim ogonie. Jest mięsożerny i prowadzi nocny tryb życia. Na podstawie ubarwienia opisano cztery fenotypy: osobniki dzikie mają brązowawo-czarny kolor, a także istnieją białe formy mutantów — leucystyczna, albinotyczna biała i albinotyczna złocista (Rysunek 1).
Aksolotl należy do rodziny Ambystomatidae oraz rodzaju Ambystoma, obejmującego 32 gatunki, które występują w Ameryce Północnej — od południowo-wschodniej Alaski po południe Meksyku. W Meksyku występuje 16 gatunków endemicznych, które rozprzestrzeniły się wzdłuż Poprzecznego Pasa Wulkanicznego, obejmującego stany Nayarit, Jalisco, Colima, Michoacán, Guanajuato, Querétaro, Hidalgo, Estado de México, Ciudad de México, Morelos, Tlaxcala, Puebla i Veracruz.
Jedną z bardzo interesujących cech aksolotla jest to, że przez całe życie zachowuje morfologię stanu młodocianego lub larwalnego; w tym stanie dojrzewa płciowo i jest zdolny do rozmnażania, co jest zjawiskiem znanym jako neotenia. Oprócz aksolotla, spośród 16 endemicznych gatunków Meksyku, jeszcze trzy gatunki (A. andersoni, A. taylori i A. dumerilii) są neoteniczne obligatoryjnie, podczas gdy inne są neoteniczne fakultatywnie (przechodzą w postać dorosłą lądową w zależności od warunków środowiskowych, w procesie metamorfozy, jak A. velasci (Rysunek 2), A. silvense, A. rosaceum, A. ordinarium, A. lermaensis, A. altamirani i A. amblycephalum. W końcu, gatunki A. flavipiperatum, A. rivulare, A. bombipellum, A. leorae i A. granulosum są metamorficzne obligatoryjnie i stają się dorosłymi salamandrami lądowymi, niezależnie od warunków środowiskowych.
Aksolotl i jego związek z kulturą meksykańską
W kosmogonii Nahua aksolotl jest jednym z wcieleń boga Xólotla, potwornego bliźniaka Quetzalcóatla. Słowo „Axolotl” pochodzi od Atl-xólotl, będącego połączeniem wyrazów nahuatl „Atl” (woda) i „Xólotl” (potwór). Aksolotl jest zatem wodnym wcieleniem potwornego Xólotla, jednego z najważniejszych bogów w tej kulturze prehiszpańskiej. W „Kodeksie Florentyńskim” Fray Bernardino de Sahagún przytacza legendę o Piątym Słońcu, w której wspomina się o poświęceniu różnych bogów, aby słońce i księżyc mogły ponownie się poruszać, ponieważ stanęły na niebie, co według legendy było oznaką katastrofy. Bóg Xólotl obawiał się śmierci i odmówił poświęcenia, dlatego uciekł i użył swoich mocy transformacji, zamieniając się w podwójną łodygę kukurydzy (Xólotl); mimo tej metamorfozy, został rozpoznany przez oprawcę, po czym ponownie uciekł, zmieniając się w agawę o dwóch pędach (Metl-xólotl). Znów został rozpoznany i ponownie uciekł, tym razem do wody, gdzie przemienił się w Atl-xólotl. W tej formie został schwytany i złożony w ofierze.
Dalszą część tej legendy opisał Dionisio Eslava Sandoval, któremu była przekazywana z pokolenia na pokolenie:
„Gdy Quetzalcóatl znalazł Xólotla, przemyślał sytuację i powiedział mu: ponieważ odmówiłeś śmierci w ofierze, aby dać życie innemu elementowi, pozostaniesz tutaj przez całe swoje życie, ale kiedy twój żywioł, woda, przestanie istnieć, znikniesz z powierzchni ziemi razem z ludzkością”.
W przeszłości aksolotl był częścią meksykańskiej gastronomii, gdyż niektóre populacje żyjące w pobliżu jego siedlisk przygotowywały różne potrawy z jego wykorzystaniem, od smażonych dań, zup aż po tamales. Był także stosowany w medycynie ludowej, w przekonaniu, niemal magicznym, że może wyleczyć od zwykłego bólu mięśniowego po anemię.
Ambystoma mexicanum jako model badań naukowych
Regeneracja to zjawisko biologiczne, które od dawna fascynuje badaczy i społeczeństwo, począwszy od pionierskich obserwacji Lazara Spallanzaniego w 1768 roku, gdy po raz pierwszy opisał proces regeneracji zachodzący u salamander i innych organizmów po amputacji kończyn. Okazało się, że organizmy te stopniowo odzyskiwały utracone części ciała. Regeneracja, rozumiana dzisiaj jako proces przywracania pierwotnej funkcji lub struktury organizmu, jest powszechna w świecie żywym, choć zdolność regeneracyjna jest wysoce zróżnicowana.
Aksolotl stanowi wzorcowy model badawczy wśród kręgowców o największych zdolnościach regeneracyjnych komórek i tkanek; jest w stanie odtworzyć różnorodne, złożone struktury, takie jak kończyny, ogon czy skrzela (Rysunek 3). Ponadto potrafi regenerować duże fragmenty organów wewnętrznych, takich jak mózg i serce, a także tkanki wyspecjalizowane, jak nerwy, które u ssaków, w tym Homo sapiens, zwykle nie są zdolne do regeneracji. Niesamowita zdolność regeneracyjna aksolotla zwróciła uwagę naukowców pragnących zrozumieć mechanizmy molekularne odpowiedzialne za procesy regeneracyjne, co wymaga szczegółowej analizy regulacji genomowej i zmian ewolucyjnych. Niezwykłe zdolności regeneracyjne aksolotla inspirują badaczy od ponad 150 lat, a dzięki rozbudowanemu zestawowi narzędzi genetycznych, genomowych i transgenicznych, aksolotl stał się jednym z najlepiej zbadanych płazów w dzisiejszych czasach.
Osiągnięcia i perspektywy
Jednym z najważniejszych osiągnięć naukowych w zakresie badań nad regeneracją u kręgowców było pełne zsekwencjonowanie genomu Ambystoma mexicanum na początku bieżącego roku [1]. To kluczowe osiągnięcie, opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma „Nature”, było możliwe dzięki międzynarodowej współpracy naukowej z udziałem badaczy z Niemiec, Austrii, Chin, Stanów Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii, Francji i Meksyku, a także dzięki nowoczesnym technologiom sekwencjonowania masowego rozwiniętym w ostatniej dekadzie.
Od czasu pełnego zsekwencjonowania genomu człowieka w 2003 roku, który liczy około 3,2 gigabaz (3,2 miliarda par zasad) i którego analiza zajęła ponad 10 lat, tylko nieliczne genomy o większej wielkości zostały w pełni zsekwencjonowane, głównie ze względu na ograniczenia technologiczne i wysokie koszty. Zsekwencjonowanie genomu aksolotla, liczącego około 32 gigabaz — czyli dziesięciokrotnie większego od ludzkiego — stanowi samo w sobie kamień milowy w technologii. Wyzwaniem było jednoczesne generowanie milionów fragmentów sekwencji DNA o dużej długości (średnio 14 tysięcy par zasad) za pomocą platformy sekwencjonowania PacBio. Wymagało to pokrycia genomu z 32-krotną głębokością, aby zredukować trudności związane z powtarzającymi się sekwencjami i skomplikować proces montażu genomu. Kluczowe było stworzenie odpowiedniej infrastruktury komputerowej i opracowanie nowego algorytmu montażu genomu, ponieważ nie istniał wcześniej zsekwencjonowany genom, który mógłby posłużyć za odniesienie. Użyto tzw. montażu de novo, wspomaganego mapowaniem optycznym, aby wyeliminować błędy w montażu.
Publiczne udostępnienie pierwszej wersji genomu aksolotla, w połączeniu z licznymi badaniami transkryptomicznymi prowadzonymi przez naszą grupę oraz inne zespoły na świecie, otwiera nowe możliwości badawcze dla społeczności naukowej. Wprowadzenie nowoczesnych technologii edycji genomowej, takich jak CRISPR/Cas9, umożliwia precyzyjne badanie sekwencji regulacyjnych na poziomie genetycznym i epigenetycznym. Pozwoli to lepiej zrozumieć funkcję poszczególnych genów i ich wpływ na procesy regeneracyjne, co może stopniowo prowadzić do rozwoju nowych terapii w medycynie regeneracyjnej oraz umożliwić tworzenie kompleksowych narządów i struktur biologicznych. To jedno z wielkich wyzwań wymagających dogłębnego poznania programów genetycznych i mechanizmów regulacyjnych odpowiedzialnych za rozwój w różnych stadiach życia.
Nasze odkrycia zwiększają także możliwości wykorzystania tego modelu w badaniach nad rakiem, ponieważ komórki i tkanki aksolotla mogą odróżnicować się, proliferować i ponownie różnicować w sposób uporządkowany, nie prowadząc do powstawania nowotworów złośliwych. Dodatkowo, istnieją doniesienia wskazujące, że aksolotl wykazuje dużą odporność na rozwój nowotworów złośliwych po ekspozycji na związki rakotwórcze. Obecnie nasz zespół badawczy wykorzystuje aksolotla oraz Ambystoma velasci jako modele do badań nad procesami rozwojowymi i molekularnymi, współpracując z zespołami badawczymi zarówno w kraju, jak i za granicą.
Ikoniczny gatunek Meksyku, adoptowany przez świat, w stanie zaniedbania
Niewiele zwierząt, takich jak aksolotl, wzbudziło tyle fascynacji w różnych kulturach, inspirując dzieła sztuki w literaturze, sztukach wizualnych, komiksie i kinie. Świadectwem tego jest „Antología Axolotiada: Vida y mito de un anfibio mexicano” autorstwa Gerardo Villadelángela i Rogera Bartry , a także postać półboga wodnego z filmu *Kształt wody*, która potrafi zregenerować swoje ciało nawet po wielu ranach postrzałowych.
Wśród dzieł inspirowanych aksolotlem szczególnie wymowna jest metafora z opowiadania Julio Cortázara, ukazująca paradoksalną relację człowieka z tym płazem:
„Axolotle były jak świadkowie czegoś, a czasem jak okrutni sędziowie. Czułem się podle w ich obecności; w ich przejrzystych oczach była przerażająca czystość. Były larwami, ale larwa oznacza także maskę i ducha. Za tymi azteckimi, wyrażającymi beznamiętną, a jednak nieubłaganą surowość, twarzami…”
Z jednej strony aksolotl jest szeroko badany i podziwiany przez artystów i naukowców, z drugiej strony jako gatunek jest zaniedbany i źle traktowany. Aksolotl jest gatunkiem endemicznym dla obszarów jeziornych Doliny Meksyku, lecz główne jeziora i laguny tej strefy niestety zanikają. W wyniku tych drastycznych zmian aksolotl znalazł się na krawędzi wyginięcia. Od 1975 roku jest objęty ochroną na mocy Konwencji Waszyngtońskiej o Międzynarodowym Handlu Zagrożonymi Gatunkami Fauny i Flory (CITES), co pozwala na kontrolowanie jego handlu międzynarodowego. W Meksyku chroniony jest według Normy Oficjalnej Meksyku (NOM-059-ECOL-1994), a od 2001 roku znajdował się pod ochroną specjalną, która w 2010 roku została zmieniona na status zagrożony wyginięciem (NOM-059-ECOL-2010). Obecnie aksolotl jest jednym z 51 priorytetowych gatunków objętych Programem Ochrony Gatunków Priorytetowych (PROCER). Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody (IUCN) zmieniła jego status z narażonego na krytycznie zagrożony w 2006 roku, co wskazuje na wysokie ryzyko jego wyginięcia.
Paradoks ten staje się jeszcze bardziej rażący, a nawet oburzający, gdy zauważamy, że rządy i laboratoria w Stanach Zjednoczonych, krajach europejskich i azjatyckich przeznaczają setki razy więcej środków na badanie aksolotla niż te, które Meksyk przeznacza na jego badanie i ochronę. Nie wynika to z braku zainteresowania wśród meksykańskich naukowców, którzy podjęli znaczące działania na rzecz ochrony i badań aksolotla, ale ze względu na ograniczone zasoby przeznaczone na te działania. Ten niezwykły zwierzak zasłużył jedynie na to, by stać się emotikonem CDMX, co jest działaniem zdecydowanie niewystarczającym, by ratować gatunek będący symbolem ochrony przyrody i ikoną bogatej bioróżnorodności Meksyku.
Annie Espinal
Centeno, Hugo
Varela Rodríguez,
Gilberto Márquez
Chavoya y Luis
Alfredo Cruz
Ramírez
Unidad de Genómica Avanzada (LANGEBIO),
Cinvestav Irapuato Cinvestav UGA-Langebio