Gennemsigtigt bløddyr opfandt vores blodceller

Forskere fra Stanford University går og skraber blomsterlignende klatter af havnedokken i Monterey, Californien.

Selvom de farverige buketter blot er et par centimeter i diameter og lette at overse, skal de vise sig at rumme vigtige svar på, hvordan blod er opstået i større hvirveldyr som os selv.

Blomsterklatterne består nemlig af små dyr, hvis bloddannende system har overraskende meget tilfælles med menneskets og kan give et helt nyt indblik i immunforsvaret og bekæmpelse af kræft.

Gennemsigtighed hjælper forskere

Dyret hedder Botryllus schlosseri, også kaldet stor lædersøpung, og tilhører sækdyrene – en dyregruppe, som er omringet af en gennemsigtig sæk. Botryllus lever i de fleste farvande, bl.a. i Nordsøen.

Som ung er Botryllus en fritsvømmende haletudse med en primitiv hjerne og en rygstreng, der minder om en rygrad.

Overgangen til voksenstadiet træder i kraft, når haletudsen klistrer sig fast til en sten og gennemgår en radikal forvandling, hvor hale, rygstreng og muskler forsvinder.

Herefter slår den sig ned i en koloni med op mod tyve andre individer.

Kolonierne, som er 5-10 mm i diameter, hager sig fast på sten og andre hårde flader i tidevandsområdet og dekorerer dem med spektakulære blomstrede mønstre i orange, gule, røde, hvide, lilla eller grågrønne farver.

Hvert individ i kolonien er blot 2-5 mm langt og formet som en dråbe med den spidse ende rettet mod koloniens midte.

Selvom hvert individ stadig har eget hjerte,, fordøjelsessystem og gæller, fungerer kolonien praktisk talt som én enkelt organisme.

Gennemsigtige netværk af blodkar forbinder nemlig individerne og gør det muligt at udveksle blandt andet blod- og stamceller.

Og netop gennemsigtigheden er en af de egenskaber, der gør dyret ekstra attraktivt for forskerne, fordi de let kan observere trafikken af celler rundt i kolonien.

Primitiv knoglemarv fundet

Efter at have indsamlet Botryllus-kolonierne i Monterey isolerede forskerne blodstamceller, kaldet hæmatopoietiske stamceller, som er forstadiet til samtlige celler i blodet – lige fra blodplader og ilttransporterende røde blodlegemer til immunforsvarets hær af hvide blodlegemer.

I mennesker lever blodstamceller i knoglemarven, hvor de producerer millioner af nye blodceller hver time.

Knoglemarven skaber de perfekte betingelser for blodstamceller og beskytter den sårbare og ekstremt specialiserede udvikling fra stamcelle til diverse typer blodceller.

Efter forvandlingen forlader blodcellen knoglemarven og sendes ud i blodet. En særlig egenskab ved blodstamcellerne er, at de selv kan finde vej fra blodet tilbage til knoglemarven igen.

For at opspore, om Botryllus havde en knoglemarv, indsprøjtede forskerne derfor farvede Botryllus-blodstamceller og fulgte dem rundt i koloniens blodcirkulation.

Forskerne opdagede, at blodstamcellerne blev tiltrukket af et aflangt organ kaldet endostylen.

Herefter undersøgte de, hvilke gener der er aktive i endostylen, og fik et forbløffende svar.

Selvom Botryllus og pattedyr er adskilt af mere end 500 millioner års evolution, identificerede forskerne hele 327 fælles gener, som er ekstra aktive i både endostylen og i menneskers knoglemarv – og involveret i dannelsen af blod- og immunceller.

Ligesom hos pattedyrene udspringer en stor andel af Botryllus’ immunceller fra en forgrening af blodstamceller kaldet myeloide stamceller. Deres opgave er bl.a. at opsluge fremmede organismer, fx bakterier, virus og kræftceller.

Derudover danner Botryllus en celletype kaldet morula, som er sammen lignelig med naturlige dræberceller i hvirveldyr, hvortil pattedyrene hører.

Protein skelner ven fra fjende

Når to Botryllus-kolonier nærmer sig hinanden, vil de forsøge at smelte sammen. Morulacellerne strømmer ud i ampuller i koloniens yderpunkter og gør klar til at se den fremmede koloni an.

Hvorvidt kolonierne er kompatible og kan smelte sammen, bliver afgjort af et særligt gen kaldet BHF.

Genet producerer et protein, der fungerer som et kompas for, om parterne er genetisk identiske og egnede til sammensmeltning.

Producerer begge kolonier den samme udgave af proteinet, udsender de blodkar mod hinanden for at udveksle blod.

Besidder de derimod forskellige varianter af proteinet, går morulacellerne i krig og afstøder hinanden med en betændelseslignende reaktion. BHF-proteiner minder på den måde om MHC-proteiner i mennesker.

Når dræberceller patruljerer rundt i menneskekroppen, tager de konstant kontakt til andre celler for at sikre, de ikke er fremmede.

Celler uden genkendelige MHC-proteiner bliver angrebet af dræbercellerne, som ætser cellemembraner og dræber fremmedlegemer.

Nyt håb til organmodtagere

De bemærkelsesværdige paralleller mellem immunforsvar og bloddannende systemer i Botryllus og mennesker har skabt begejstring blandt forskerne.

Evolutionslærens fader, Charles Darwin, var overbevist om, at sækdyr som Botryllus kunne afsløre, hvordan hvirveldyrene opstod og udviklede sig, da de minder om hinanden i livets tidligste stadier.

Nu understøtter undersøgelsen af sækdyrene i Monterey Bay den teori. Det bloddannende system i Botryllus ligner en perfekt repræsentant for overgangen fra simple blodsystemer i hvirvelløse dyr til mere komplekse typer blod i hvirveldyr.

Udforskningen af blodstamceller i mennesker og pattedyr har hidtil været begrænset af, at det er stort set umuligt at observere, hvordan blodstamceller opfører sig, fordi det foregår dybt inde i knoglemarven på levende dyr og mennesker.

Men det er ikke noget problem i den gennemsigtige Botryllus. Her kan forskerne let overvåge, hvordan de nydannede blodcelletyper migrerer ud i kolonien, hvordan immunceller interagerer, når de gør klar til angreb, og hvordan to individer kobler deres blodkar sammen.

Observationerne kan give afgørende viden om, hvordan bloddannelsen og immunforsvaret fungerer i mennesker, og få stor betydning for, hvordan fx kræft, infektioner, allergier og autoimmune sygdomme bliver behandlet i fremtiden.

Eksempelvis vil kræftsvulster kunne angribes mere effektivt, hvis forskere kan manipulere immuncellernes migrering og dirigere flere nyudklækkede immunceller fra knoglemarven hen til området, hvor svulsten befinder sig.

Derudover kan Botryllus lede til banebrydende behandlinger inden for organtransplantation.

Hvis forskerne afslører, hvilke signaler i Botryllus der afgør, om to kolonier smelter sammen eller ej, kan immuncellerne trænes til at holde afstand til nytransplanterede organer, så de ikke bliver afstødt.