Hullem kui ulmefilmis: surnud olendist tekkis kummaliselt elutsev biorobot

Elus või surnud? Ei kumbagi. Antrobot ehitab kolme päevaga silla üle kriimustatud neuroni. Pildil on see õmblus roheliselt esile tõstetud. Teadlaste arvates on rakkude kolmas olek elu ja surma vahel huvitav lahendus uute ravimeetodite loomiseks. Foto: teadustöö / Gumuskaya et al. 2023 / Advanced Science

Traditsiooniliselt peetakse elu ja surma vastandlikeks nähtusteks. Kuid uute hulkraksete eluvormide tekkimine surnud organismide rakkudest toob välja hoopis mingi kolmanda seisundi, mis ulatub kaugemale tavapärasest elu ja surma piiritlemisest. Seal vahepeal on samuti midagi või kedagi.

Surma mõistetakse tavaliselt kui organismi tegevuse pöördumatut lõppu. Kuid elundidoonorlus näitab, et elundid, koed ja rakud võivad töötada ka pärast elusorganismi surma. See tekitab küsimuse: millised mehhanismid võimaldavad teatud rakkudel pärast organismi surma jätkata edukat toimimist?

Washingtoni ülikooli mikrobioloogia professor Peter A Noble kirjutab The Conversationis, et paljud teadlased on pühendunud sellele, et uurida, mis toimub organismides pärast nende surma ja see on uus põnev valdkond nende piiride täpsemaks väljaselgitamiseks.

Hiljuti avaldatud teaduslikus ülevaates kirjeldatakse, kuidas teatud rakud, olles varustatud toitainete, hapniku, bioelektri või biokeemiliste signaalidega, võivad muutuda hulkrakseteks organismideks, millel on pärast surma juba hoopis uued funktsioonid.

Elu, surm ja midagi uut

Kolmas seisund seab väljakutse teadlaste tavapärasele arusaamale rakkude käitumisest. Kuigi röövikute muutumine liblikateks või kullesest konnaks saamine on tuttavad muutused, on haruldane näha organisme muutumas viisil, mis ei ole eelnevalt määratletud. Kasvajad, organoidid ja rakuliinid, mis suudavad piiramatu aja jooksul jaguneda Petri tassis, nagu HeLa rakud, ei kuulu kolmandasse seisundisse, sest nad ei arenda endal uusi funktsioone.

Siiski on teadlased avastanud, et surnud konna embrüotest eraldatud naharakud suudavad laboritingimustes kohaneda ja spontaanselt organiseeruda hulkrakseteks organismideks, mida nimetatakse ksenobottideks (xenobots).

Need organismid näitavad juba käitumist, mis ulatub kaugemale nende algsetest bioloogilistest rollidest.

Näiteks kasutavad ksenobotid oma ripsmeid – väikeseid karvataolisi kehaosasid – liikumiseks ja navigeerimiseks, samas kui elavas konna embrüos aitavad ripsmed tavaliselt liigutada lima.

Ksenobotid on võimelised ise liikuma, paranema ja oma keskkonnaga suhtlema. Samuti suudavad nad ise paljuneda, mis tähendab, et nad on võimelised end füüsiliselt replitseerima ilma kasvamiseta. See erineb tavapärasest paljunemisest, mis hõlmab ka kasvu organismis või selle pinnal.

Teadlased on avastanud ka, et üksikud inimese kopsurakud suudavad ise kokku koonduda miniorganismideks, mis liiguvad iseseisvalt ringi. Neid nn antroboteid iseloomustavad uued struktuurid ja käitumine. Nad mitte ainult ei navigeeri oma keskkonnas, vaid suudavad ka parandada nii ennast kui ka läheduses asuvaid vigastatud närvirakke.

Need avastused demonstreerivad rakkude süsteemide sisemist plastilisust ja seavad kahtluse alla idee, et rakud ja organismid arenevad ainult ettemääratud viisil.

Kolmas seisund viitab sellele, et organismi surm võib mängida olulist rolli selles, kuidas elu aja jooksul muutub.

Surmajärgsed elutingimused – millised need on?

Mitmed tegurid mõjutavad seda, kas teatud rakud ja koed suudavad pärast organismi surma ellu jääda ja funktsioneerida või mitte. Siia kuuluvad keskkonnatingimused, ainevahetuslik aktiivsus ja säilitustehnikad.

Erinevad rakutüübid elavad erineva aja jooksul. Näiteks surevad inimeste valged verelibled 60 kuni 86 tundi pärast organismi surma. Hiirtel on skeletilihaste rakke võimalik uuesti kasvatada kuni 14 päeva pärast surma, samas kui lamba ja kitse fibroblastrakke saab kultiveerida kuni kuu aega pärast surma.

Ainevahetuslik aktiivsus mängib olulist rolli, kas rakud suudavad ellu jääda ja funktsioneerida. Aktiivsed rakud, mis vajavad oma funktsiooni säilitamiseks pidevat ja märkimisväärset energiat, on keerulisemad kultiveerida kui rakud, millel on madalamad energiavajadused. Säilitustehnikad, näiteks krüopreservatsioon ehk sügavkülmutamine, võivad võimaldada koeproovide, näiteks luuüdi, toimimist elusa doonori jaoks.

Samuti mängivad rolli rakkude ja kudede ellujäämismehhanismid. Uurijad on täheldanud stressiga seotud geenide ja immuunsusega seotud geenide aktiivsuse märkimisväärset suurenemist pärast organismi surma, mis võib olla kompensatsiooniks homöostaasi kaotamisele. Lisaks mõjutavad kudede ja rakkude elujõulisust ka sellised tegurid, nagu traumad, infektsioon ja pärast surma möödunud aeg.

Sellised tegurid, nagu vanus, tervis, sugu ja liik, mõjutavad samuti postmortem-olekut, selgus uuringust. See ilmneb raskustes kultiveerida ja siirdada aktiivseid saarerakke, mis toodavad insuliini kõhunäärmes, doonoritelt vastuvõtjatele. Uurijad usuvad, et autoimmuunprotsessid ja kaitsemehhanismide lagunemine võivad olla põhjuseks, miks paljud saarerakkude siirdamised ebaõnnestuvad.

Kuidas nende muutujate koosmõju võimaldab teatud rakkudel pärast organismi surma jätkata toimimist, on endiselt ebaselge. Üks hüpotees on, et spetsialiseerunud kanalid ja pumbad, mis asuvad rakkude välismembraanides, toimivad keeruliste elektriliste vooluringidena. Need tekitavad elektrisignaale, mis võimaldavad rakkudel üksteisega suhelda ja täita konkreetseid funktsioone, näiteks kasvu ja liikumist, kujundades seeläbi organismi struktuuri.

Mis kasu on sellest kõigest bioloogias ja meditsiinis?

Kolmas seisund ei ava mitte ainult uusi vaatenurki rakkude kohanemisvõimele, vaid pakub ka päris uusi ravivõimalusi.

Superarvutite abiga saab luua elusaid mikroroboteid, mis asuvad organismis kasulikult toimetama. Foto: Kriegman et al. 2020/PNAS

Näiteks võiks antroboteid saada inimese või looma elusatest kudedest, et viia kohale ravimeid ilma soovimatut immuunvastust tekitamata. Kehasse süstitud tehislikud antrobotid võiksid potentsiaalselt lahustada arteriaalseid naastusid ateroskleroosiga patsientidel või eemaldada liigset lima tsüstilise fibroosiga patsientidel.

Oluline on märkida, et neil hulkraksetel organismidel on kindel elutsükkel ja nad lagunevad loomulikult nelja kuni kuue nädala jooksul. See niinimetatud «tapmislüliti» hoiab ära potentsiaalselt invasiivsete rakkude vohamise.

Parem arusaam sellest, kuidas teatud rakud jätkavad funktsioneerimist ja muutuvad hulkrakseteks organismideks mõnda aega pärast organismi surma, võib seega tuua olulisi läbimurdeid isikustatud ja ennetavas meditsiinis.

Loe lähemalt The Conversationist.