Όταν μιλάμε για την ανάπτυξη ενός εμβρύου, συνήθως σκεφτόμαστε την ενέργεια που αντλεί από τα θρεπτικά συστατικά της μητέρας. Οι πρωτεΐνες, οι βιταμίνες και τα ιχνοστοιχεία συμβάλλουν στη δημιουργία υγιών οργάνων, οστών, εγκεφάλου και ανοσοποιητικού συστήματος. Όμως, μια πρόσφατη έρευνα του European Molecular Biology Laboratory (EMBL) αποκαλύπτει ότι ο μεταβολισμός δεν περιορίζεται στον ρόλο της «τροφοδοσίας». Αντίθετα, λειτουργεί σαν ένας εσωτερικός μετρονόμος που καθορίζει τον ρυθμό με τον οποίο εξελίσσεται η ανάπτυξη.
Οι επιστήμονες εστίασαν σε ένα κρίσιμο στάδιο της εμβρυϊκής ανάπτυξης: τον σχηματισμό επαναλαμβανόμενων τμημάτων που αργότερα θα γίνουν η σπονδυλική στήλη. Καθώς μελετούσαν τα έμβρυα ποντικιών, ανακάλυψαν ότι ο μεταβολισμός δεν προσφέρει απλώς καύσιμα στα κύτταρα, αλλά επηρεάζει άμεσα το «βιολογικό ρολόι» που ρυθμίζει τον ρυθμό δημιουργίας αυτών των τμημάτων.
Η παρατήρηση που προκάλεσε εντύπωση ήταν πως όταν ο μεταβολισμός επιταχυνόταν, ο ρυθμός αυτού του αναπτυξιακού ρολογιού μειωνόταν. Με άλλα λόγια, περισσότερη μεταβολική δραστηριότητα οδηγούσε σε πιο αργό σχηματισμό τμημάτων. Αυτό το φαινομενικά παράδοξο αποτέλεσμα υπέδειξε ότι ο μεταβολισμός έχει έναν δεύτερο, πιο σύνθετο ρόλο: συμμετέχει στην κυτταρική σηματοδότηση.
Η ομάδα των ερευνητών, με επικεφαλής τον Hidenobu Miyazawa και τους συνεργάτες του Nicole Prior και Jona Rada, διερεύνησε αν μικρές ποσότητες μεταβολιτών, ανεπαρκείς για να τροφοδοτήσουν τα κύτταρα, θα μπορούσαν παρ’ όλα αυτά να κρατήσουν σε λειτουργία το «ρολόι τμηματοποίησης» (segmentation clock). Το αποτέλεσμα ήταν θετικό: οι μεταβολίτες αυτοί λειτουργούσαν σαν σήματα που ρύθμιζαν τον ρυθμό, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη ενός «σηματοδοτικού» ρόλου του μεταβολισμού.
Για να ανακαλύψουν ποιος μεταβολίτης έχει τον καθοριστικό ρόλο, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια πρωτοποριακή προσέγγιση εμπνευσμένη από τη θεωρία συγχρονισμού. Όπως το ανθρώπινο βιολογικό ρολόι προσαρμόζεται στον κύκλο μέρας-νύχτας, έτσι και το segmentation clock μπορούσε να συγχρονιστεί με ένα εξωτερικό χημικό σήμα. Μέσα από αυτή τη μέθοδο, η ομάδα εντόπισε το FBP, ένα μόριο σακχάρου, ως τον βασικό μεταβολίτη που ελέγχει το αναπτυξιακό ρολόι.
Το FBP φάνηκε να επιδρά στον ρυθμό μέσω μιας κρίσιμης σηματοδοτικής οδού, της Wnt signalling, που είναι γνωστή για τον ρόλο της στη ρύθμιση της ανάπτυξης και της κυτταρικής διαφοροποίησης. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι οι μοριακές ταλαντώσεις που σχετίζονται με το segmentation clock μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται τα τμήματα του εμβρύου, επηρεάζοντας τελικά τη χωρική οργάνωση της σπονδυλικής στήλης.
Η ανακάλυψη αυτή δεν έχει μόνο θεωρητική σημασία. Ανοίγει τον δρόμο για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς τα έμβρυα προσαρμόζουν την ανάπτυξή τους ανάλογα με το περιβάλλον. Αν ο μεταβολισμός μπορεί να λειτουργεί ως ρυθμιστής της ανάπτυξης, τότε είναι πιθανό οι οργανισμοί να διαθέτουν έναν μηχανισμό που συγχρονίζει την εσωτερική τους βιολογία με τις εξωτερικές συνθήκες, όπως η διαθεσιμότητα τροφής.
Ο Alexander Aulehla, επικεφαλής της μελέτης και διευθυντής της Μονάδας Αναπτυξιακής Βιολογίας στο EMBL, το έθεσε εύστοχα: «Το ερώτημα που ανακύπτει είναι αν ο μεταβολισμός μπορεί να λειτουργεί σαν παλμοδότης, που συνδέει τα εσωτερικά βιολογικά ρολόγια με τους εξωτερικούς ρυθμούς του περιβάλλοντος». Με δεδομένο ότι ο μεταβολισμός σχετίζεται στενά με κύκλους όπως το κιρκάδιο ρολόι, η ιδέα αυτή φαίνεται ιδιαίτερα ελκυστική και θα αποτελέσει αντικείμενο μελλοντικών ερευνών.
Το εύρημα ότι ένα μόριο όπως το FBP μπορεί να καθορίζει τον ρυθμό με τον οποίο ένα έμβρυο αναπτύσσει τη σπονδυλική του στήλη φέρνει μια νέα διάσταση στην επιστήμη της ανάπτυξης. Δείχνει πως η ζωή δεν ακολουθεί μόνο τα παραδοσιακά σενάρια ενέργειας και βιομάζας, αλλά διαθέτει έναν εσωτερικό μηχανισμό συγχρονισμού που μπορεί να αποδειχθεί καθοριστικός.
Η μελέτη του EMBL, πέρα από την επιστημονική της σημασία, μας καλεί να ξανασκεφτούμε την έννοια της διατροφής και της βιολογικής ισορροπίας στην εγκυμοσύνη. Δεν είναι μόνο τα θρεπτικά συστατικά που καθορίζουν την υγιή ανάπτυξη, αλλά και ο τρόπος με τον οποίο ο μεταβολισμός τα μεταφράζει σε σήματα που ρυθμίζουν τον ρυθμό της ίδιας της ζωής.
[via]
