Blodceller strømmer mellem Botryllus

Gjennomsiktig kolonidyr fant opp blodcellene våre

Et virvelløst havdyr kan ha svaret på hvordan blodet oppsto. Dyrets blodsystem kan gi forskerne mer informasjon om vårt eget blod, bekjempe kreft og hindre at transplanterte organer blir avstøtt.

Et virvelløst havdyr kan ha svaret på hvordan blodet oppsto. Dyrets blodsystem kan gi forskerne mer informasjon om vårt eget blod, bekjempe kreft og hindre at transplanterte organer blir avstøtt.

Chris Patton og Kathi Ishizuka/Stanford University

Forskere fra Stanford University skraper blomsterlignende klatter av havna i Monterey i California.

Selv om de fargerike bukettene bare er et par centimeter i diameter og lette å overse, skal de vise seg å romme viktige svar på hvordan blod har oppstått i virveldyr som oss mennesker.

Blomsterklattene består nemlig av små dyr, med et system for å danne blod som har overraskende mye til felles med vårt.

Det kan gi et helt nytt innblikk i immunforsvaret og kampen mot kreft.

Gjennomsiktighet hjelper forskere

Dyret heter Botryllus schlosseri, eller schlossersekkdyr. Sekkdyrene er en klasse av dyr som er omsluttet av en gjennomsiktig sekk.

Botryllus lever i de fleste farvann, blant annet i Nordsjøen. Som ung er Botryllus et rumpetroll med en primitiv hjerne og en ryggstreng som minner om en ryggrad.

Overgangen til voksenstadiet trer i kraft når rumpetrollet klistrer seg fast til en stein og gjennomgår en radikal forvandling, der hale, ryggstreng og muskler forsvinner.

Deretter slår den ned seg i en koloni med opp mot tyve andre individer.

Botryllus-klynge

Store klynger av Botryllus-kolonier er synlige ved kysten.

© Robert Thompson/NaturePL

Koloniene, som er 5–10 millimeter i diameter, hekter seg fast på stein og andre harde flater i tidevannsområdet og dekker dem med spektakulære blomstermønstre i oransje, gult, rødt, hvitt, lilla eller grågrønne farger.

Hvert individ i kolonien er bare 2–5 millimeter langt og formet som en dråpe, med den spisse enden rettet mot koloniens sentrum.

Selv om hvert individ fortsatt har eget hjerte, fordøyelsessystem og gjeller, fungerer kolonien i praksis som én organisme.

Gjennomsiktige nettverk av blodkar forbinder nemlig individene og gjør det mulig å utveksle blant annet blod- og stamceller.

Og nettopp gjennomsiktigheten er en av de egenskapene som gjør dyret ekstra nyttig for forskerne, fordi de lett kan observere trafikken av celler rundt i kolonien.

Botryllus lever i kolonier av 4–20 individer, som smelter sammen med andre kolonier og deler blod og immunforsvar.

Primitiv beinmarg funnet

Etter å ha samlet inn Botryllus-koloniene i Monterey isolerte forskerne blodstamceller, kalt hematopoietiske stamceller, som er forstadiet til samtlige celler i blodet – alt fra blodplater og oksygentransporterende røde blodlegemer til hæren av hvite blodlegemer i immunsystemet.

I mennesker lever blodstamceller i beinmargen, der de produserer millioner av nye blodceller hver time.

Beinmargen skaper de perfekte betingelsene for blodstamceller og beskytter den sårbare og ekstremt spesialiserte utviklingen fra stamcelle til ulike typer blodceller.

Etter forvandlingen forlater blodcellen beinmargen og sendes ut i blodet.

En spesiell egenskap ved blodstamcellene er at de selv kan finne veien fra blodet tilbake til beinmargen igjen.

For å finne ut om Botryllus hadde et tilsvarende organ, sprøytet forskerne derfor inn fargede blodstamceller og fulgte dem rundt i koloniens blodsirkulasjon.

Forskerne oppdaget at blodstamcellene ble tiltrukket av et avlangt organ som kalles endostylen. Deretter undersøkte de hvilke gener som er aktive i endostylen og fikk et forbløffende svar.

Selv om Botryllus og pattedyr er skilt av mer enn 500 millioner år med evolusjon, identifiserte forskerne hele 327 felles gener, som er ekstra aktive i både endostylen og i menneskers beinmarg – og involvert i dannelsen av blod- og immunceller.

endostyle atanomi

Botryllus er utrustet med et organ som kalles endostylen. Organet minner om menneskets beinmarg, siden det danner samtlige blodceller.

© mikkel juul jensen

Avlangt organ danner blod

Hos Botryllus er det endostylen som danner blodet. I det avlange organet lever blodstamcellene, som produserer alle typer blodceller før de sendes ut i kolonien.

Endostylen deler 327 aktive gener med mennesket beinmarg, og de danner en rekke sammenlignbare celler.

I motsetning til andre virvelløse dyr produserer Botryllus blant annet en gren av celler som kommer fra såkalte myeloide stamceller, som ellers bare finnes i virveldyr.

Den viktigste immuncellen hos Botryllus, morulacellen, minner dessuten om soldatceller hos mennesker.

Morulacellen bekjemper fremmede organismer og er viktig for å avvise andre Botryllus-kolonier.

Anus

Tarm

Magesekk

Hjerte

Endostyl

Munn

Som hos pattedyrene kommer fra en stor andel av immuncellene til Botryllus fra en forgrening av blodstamceller som kalles myeloide stamceller.

De har blant annet som oppgave å sluke fremmede organismer, for eksempel bakterier, virus og kreftceller.

Dessuten danner Botryllus en celletype som kalles morula, som kan sammenlignes med soldatcellene i virveldyr og dermed pattedyrene.

Protein skiller venn fra fiende

Når to Botryllus-kolonier nærmer seg hverandre, vil de forsøke å smelte sammen. Morulacellene strømmer ut i ampuller i koloniens ytterpunkter og gjør seg klare til å vurdere den fremmede kolonien.

Om koloniene er kompatible og kan smelte sammen, blir avgjort av et spesielt gen som kalles BHF.

Genet produserer et protein som viser om partene er genetisk like og egnet til sammensmeltning.

Når Botryllus-individer eller -kolonier forsøker å smelte sammen, foregår det under streng kontroll fra et immunforsvar som minner om vårt eget.

Immuncellene avslører hvordan organismer aksepterer eller avviser hverandre, noe som kan få stor betydning for framtidige organtransplantasjoner.

To Botryllus
© Lotte Fredslund

Koloni deler blod og immunforsvar

En Botryllus-koloni består av 4–20 dråpeformede individer og måler om lag 5 mm i diameter. Hvert individ har en såkalt endostyl, som produserer ulike typer blod- og immunceller og deler dem med resten av kolonien i en felles blodsirkulasjon.

©

Koloniene ser hverandre an

Når to kolonier kommer i kontakt, strømmer immunceller ut i de ampullene der koloniene berører hverandre. Antallet morulaceller, som svarer til soldatceller i mennesker, firedobles på relativt kort tid som forsvar hvis koloniene ikke er kompatible.

© Lotte Fredslund

Det rette proteinet kan forene koloniene

Hver koloni har sin egen utgave av et protein som kalles BHF. Hvis proteinet i de to koloniene matcher, går de i gang med å forme blodkar mellom seg og utveksle blod og celler. Er proteinet ulikt, aktiveres morulacellene, noe som skaper en betennelsesreaksjon.

Hvis begge de to koloniene produserer den samme utgaven av proteinet, sender de ut blodkar mot hverandre for å utveksle blod.

Hvis de derimot har ulike variantene av proteinet, går morulacellene i krig og avstøter hverandre med en betennelseslignende reaksjon.

BHF-proteiner minner dermed om MHC-proteiner i mennesker. Når soldatceller patruljerer rundt i menneskekroppen, tar de hele tiden kontakt med andre celler for å sikre seg at de ikke er fremmede.

Celler uten MHC-proteiner av riktig type, blir angrepet av soldatcellene, som etser hull på cellemembraner og dreper fremmedlegemer.

To Botryllus

To Botryllus-kolonier smelter sammen og utveksler celler. Koloniene har allerede blitt badet i fluorescerende stoff som trenger inn i samtlige celler, slik at man kan se dem i mikroskopet.

© Benyamin Rosental

Nytt håp til organmottakere

De bemerkelsesverdige parallellene mellom immunforsvar og bloddannende systemer i Botryllus og mennesker har skapt begeistring blant forskerne.

Evolusjonslærens far, Charles Darwin, var overbevist om at sekkdyr som Botryllus kunne avsløre hvordan virveldyrene oppsto og utviklet seg, siden de minner om hverandre i livets tidligste stadier.

Nå støtter studien av sekkdyrene i Monterey Bay den teorien.

Det bloddannende systemet i Botryllus ligner en perfekt representant for overgangen fra enkle blodsystemer i virvelløse dyr til mer komplekse typer blod i virveldyr.

327 bloddannende gener er noe mennesket og Botryllus schlosseri har til felles.

Utforskningen av blodstamceller i mennesker og pattedyr har hittil vært begrenset av at det er stort sett umulig å observere hvordan blodstamceller oppfører seg, fordi det foregår dypt inne i beinmargen på levende dyr og mennesker.

Men det er ikke noe problem i Botryllus, som er gjennomsiktig. Det gjør at forskerne kan overvåke hvordan de nydannede blodcelletypene migrerer ut i kolonien, hvordan immunceller interagerer når de gjør seg klare til angrep, og hvordan to individer kobler sammen blodkarene sine.

Observasjonene kan gi avgjørende kunnskap om hvordan bloddannelsen og immunforsvaret fungerer i mennesker, og få stor betydning for hvordan for eksempel kreft, infeksjoner, allergier og autoimmune sykdommer blir behandlet i framtiden.

For eksempel vil kreftsvulster kunne angripes mer effektivt hvis forskere kan manipulere immuncellenes migrering og dirigere flere nyutklekkede immunceller fra beinmargen til området der svulsten befinner seg.

Dessuten kan Botryllus lede til banebrytende behandlinger innen organtransplantasjon.

Hvis forskerne avslører hvilke signaler i Botryllus det avgjør om to kolonier smelter sammen eller ikke, kan immuncellene trenes til å holde avstand til nytransplanterte organer, slik at de ikke blir avstøtt.