Genomskinligt blötdjur uppfann våra blodkroppar

Genomskinlighet underlättar

Djuret heter blomsjöpung (Botryllus schlosseri) och tillhör klassen sjöpungar, en djurgrupp som omges av en genomskinlig säck. Blomsjöpungar lever i de flesta vatten, bland annat i Nordsjön.

Som unga är blomsjöpungar fritt simmande yngel med en primitiv hjärna och en ryggsträng som liknar en ryggrad.

Övergången till fullvuxet stadium sker när ynglet klistrar sig fast vid en sten och genomgår en radikal förvandling där svansen, ryggsträngen och musklerna försvinner.

Därefter slår den sig ner i en koloni med uppemot 20 andra individer.

Kolonierna, som har en diameter på 5–10 millimeter, hakar sig fast på stenar och andra hårda ytor i tidvattenområden och pryder dem med spektakulära, blomliknande mönster i orange, gult, rött, vitt, lila eller grågrönt.

Varje individ i kolonin är bara 2–5 millimeter lång och formad som en droppe med den spetsiga änden mot kolonins mitt.

Trots att varje individ har eget hjärta, matspjälkningssystem och gälar fungerar kolonin i princip som en enda organism.

Genomskinliga nätverk av blodkärl förbinder individerna och gör det möjligt att utväxla bland annat blodkroppar och stamceller.

Just genomskinligheten är en av de egenskaper som gör djuret intressant för forskarna, eftersom den innebär att de enkelt kan observera trafiken av celler i kolonin.

Primitiv benmärg hittad

Efter att ha samlat in kolonierna av blomsjöpungar i Monterey isolerade forskarna blodstamceller, eller hematopoetiska stamceller, som är ett förstadium till samtliga celler i blodet – allt från blodplättar och syretransporterande röda blodkroppar till immunförsvarets armé av vita blodkroppar.

Människan har blodstamceller i benmärgen, där de producerar miljontals nya blodkroppar varje timme.

Benmärgen skapar perfekta betingelser för blodstamcellerna och skyddar den sårbara, extremt specialiserade utvecklingen från stamcell till olika typer av blodkroppar.

Efter förvandlingen lämnar blodkroppen benmärgen och förs ut i blodet. En särskild egenskap hos blodstamcellerna är att de själva hittar från blodet tillbaka till benmärgen igen.

För att kontrollera om blomsjöpungarna har benmärg injicerade forskarna färgade blodstamceller från blomsjöpungar och följde dem runt i kolonins blodcirkulation.

Forskarna fann att blodstamcellerna drogs till ett avlångt organ – en så kallad endostyl. När de sedan undersökte vilka gener som är aktiva i endostylen fick de ett förvånande svar.

Trots att blomsjöpungar och däggdjur skiljs åt av drygt 500 miljoner år av evolution upptäckte forskarna hela 327 gemensamma gener som är extra aktiva i både endostylen och i människans benmärg – och som är involverade i bildningen av blodkroppar och immunceller.

Liksom hos däggdjuren kommer en hög andel av blomsjöpungarnas immunceller från en viss typ av blodstamceller, så kallade myeloida stamceller.

Deras uppgift är bland annat att sluka främmande organismer som bakterier, virus och cancerceller.

Blomsjöpungar bildar också en celltyp som kallas morula, som kan jämföras med naturliga mördarceller hos ryggradsdjuren (till vilka däggdjuren hör).

Protein skiljer vän från fiende

När två blomsjöpungskolonier närmar sig varandra försöker de förenas. Morulor strömmar då ut i ampuller i kolonins ytterpunkter och gör sig beredda att kontrollera den främmande kolonin.

Det är en viss gen, BHF, som bestämmer om kolonierna är kompatibla och kan smälta samman.

Denna gen producerar ett protein som fungerar som en kompass för om parterna är genetiskt identiska och lämpade för hopsmältning.

Om kolonierna producerar samma variant av proteinet sänder de ut blodkärl mot varandra för att dela blod, men morulorna bekämpar varandra om de har olika varianter av proteinet.

Då sker en avstötning i en inflammationsliknande reaktion. BHF-proteiner påminner på så sätt om människans MHC-proteiner.

När mördarceller patrullerar människokroppen tar de hela tiden kontakt med andra celler för att säkerställa att de inte är främmande.

Celler utan igenkännliga MHC-proteiner angrips av mördarcellerna, som tar sig igenom cellmembranen och dödar främmande kroppar.

Nytt hopp för organmottagare

Likheterna mellan immunförsvar och blodbildande system hos blomsjöpungar och människor har väckt stor nyfikenhet bland forskarna.

Charles Darwin, evolutionslärans fader, var övertygad om att sjöpungar kunde visa hur ryggradsdjuren uppstod och utvecklades eftersom de påminner om varandra i livets tidiga stadier.

Nu ger studien av sjöpungarna i Monterey Bay stöd för den teorin.

Blomsjöpungarnas blodbildande system ser ut som en perfekt representant för övergången från enkla blodsystem hos ryggradslösa djur till mer komplexa typer av blod hos ryggradsdjuren.

Studierna av blodstamceller hos människor och däggdjur har hittills begränsats av att det är nästan omöjligt att observera blodstamcellerna, med tanke på att de finns djupt inne i benmärgen på levande djur och människor.

Det är inget problem med genomskinliga blomsjöpungar. Då kan forskarna lätt se hur de nybildade blodkropparna migrerar ut i kolonin, hur två individer kopplar ihop sina blodkärl och hur immunceller interagerar när de gör sig redo att gå till anfall.

Observationerna kan ge kunskaper om hur blodbildningen och immunförsvaret fungerar hos människor och få stor betydelse för framtida behandlingar av cancer, infektioner, allergier och autoimmuna sjukdomar.

Cancertumörer kommer till exempel att kunna behandlas effektivare om forskarna kan manipulera immuncellernas migration och dirigera om fler nybildade immunceller från benmärgen till området där tumören sitter.

Sjöpungarna kan också leda till banbrytande behandlingar inom organtransplantation.

Om forskarna kan visa vilka signaler hos blomsjöpungar som avgör om två kolonier smälter samman eller inte kan immuncellerna tränas till att hålla avstånd till nytransplanterade organ, så att ingen avstötning sker.