Forskning om ormar och mänsklig tarmregenerering

Det mänskliga matsmältningssystemet är ett intrikat och mycket adaptivt organ, som bibehåller sin funktion genom en kontinuerlig process av tarmregenerering. Denna biologiska förmåga säkerställer att slemhinnan i tarmen ständigt förnyas, vilket möjliggör effektiv matsmältning och absorption av näringsämnen. Ny forskning om ormars unika regenerativa förmåga, särskilt boas och pytonslangar, har gett nya insikter om mänsklig tarmregenerering, särskilt gastrointestinala sjukdomar.

Grunderna för tarmregenerering hos människor

Hos människor är regenereringen av tarmslemhinnan en långsam men stadig process. Tarmen är fodrad med en typ av stamceller som finns i små fickor som kallas tarmkryptor. Dessa tarmkryptor är belägna i tarmarnas väggar. Dessa krypter är ansvariga för att producera nya celler för att ersätta gamla eller skadade celler, bibehålla integriteten hos tarmslemhinnan och se till att den kan hantera den dagliga stressen med matsmältning och näringsupptag.

Denna process sker kontinuerligt, men hastigheten för att ersätta tarmceller är relativt långsam jämfört med andra djur, såsom vissa reptiler. Denna cellulära regenerering spelar en avgörande roll för att skydda tarmen från sjukdomar och skador orsakade av faktorer som stress, infektioner eller kostrelaterade problem. Att förstå denna process är avgörande för att förbättra behandlingar för gastrointestinala tillstånd, såsom Crohns sjukdom, celiaki och till och med kolorektal cancer.

Extremt snabb tarmregenerering hos ormar

Till skillnad från människor har vissa ormar, som boa och pytonslang, en häpnadsväckande förmåga att regenerera sina tarmar grundligt och extremt snabbt efter långa fastaperioder. Dessa reptiler kan överleva veckor utan att äta, under vilka deras tarmar krymper och blir nästan icke-funktionella. Men när dessa reptiler äter en måltid, regenereras deras tarmar snabbt, med tarmmassan mer än fördubblas inom bara 48 timmar. Denna snabba process återuppbygger mycket av de tarmceller och strukturer som krävs för att smälta och absorbera mat.

Detta fenomen är särskilt slående eftersom ormar som pytonslangar inte har tarmkryptor – de strukturer som driver förnyelse hos däggdjur. Trots detta uppnår ormar extraordinär regenerativ tillväxt som svar på utfodring. Denna snabba återhämtning av tarmfunktionen åtföljs av en stor förändring i ormens övergripande fysiologi och ämnesomsättning, vilket gör det möjligt för dem att effektivt smälta stora måltider efter långa fastaperioder.

Insikter från ormforskning

Ett team av forskare från University of Texas i Arlington, UT Southwestern Medical Center och University of Alabama genomförde en detaljerad studie av den regenerativa processen i pytonslangar genom att sekvensera RNA-gener. Denna studie avslöjade att trots frånvaron av tarmkrypter aktiverar pytonslangar bevarade cellulära vägar. Dessa vägar är biologiska signalvägar och finns även hos människor. Dessa vägar är viktiga för att reglera kroppens svar på näringstillgänglighet och aktiveras på unika sätt i ormar för att underlätta snabb regenerering.

En av de mest spännande upptäckterna från denna forskning var att vissa av dessa vägar liknar vägar aktiverade hos människor efter vissa metaboliska operationer, såsom Roux-en-Y gastric bypass-kirurgi, en kirurgisk metod som används för att behandla fetma och typ 2-diabetes. Denna likhet tyder på att studier av tarmregenerering hos ormar kan ge insikter i hur mänskliga tarmar reagerar på förändringar i metabolism, näringstillgänglighet och stress, vilket potentiellt kan förbättra behandlingar för ett brett spektrum av matsmältningsstörningar.

Rollen för BEST4+ celler i tarmregenerering

En betydande aspekt av denna forskning fokuserade på rollen av en specifik typ av tarmceller, kallade BEST4+-celler. Dessa celler finns i både pytonslangar och människor men är särskilt frånvarande i vanligt studerade däggdjur, såsom möss. Studien fann att BEST4+-celler fungerar som centrala regulatorer under de tidiga stadierna av regenerering, genom att främja lipidtransport och metabolism. Dessa är viktiga funktioner för att återuppbygga tarmslemhinnan.

Hos människor spelar dessa celler sannolikt en viktigare roll än man tidigare trott. Att förstå dessa cellers bidrag till tarmhälsa kan öppna nya terapeutiska vägar för behandling av tarm- och metabola sjukdomar, genom att rikta in sig på dessa nyckelceller och deras funktioner.

Konsekvenser för människors hälsa

Studiet av förnyelse av ormens tarm har utökat vår kunskap om hur olika djur har utvecklats för att hantera samma fysiologiska utmaningar på olika sätt. Genom att lära sig mer om hur ormar regenererar sina tarmar utan närvaro av tarmkrypter, kan forskare nu utforska hur liknande vägar fungerar hos människor och identifiera potentiella mål för medicinsk behandling.

Denna forskning är särskilt relevant för att förbättra behandlingar för gastrointestinala tillstånd, såsom Crohns sjukdom, celiaki och vissa cancerformer, där tarmregenerering och reparation är avgörande. Det kan också leda till nya insikter om hur människokroppen anpassar sig till betydande förändringar i kost, ämnesomsättning och till och med stress.

Att förstå biologin av extrem tarmregenerering kan dessutom vara avgörande för att ta itu med metabola sjukdomar som diabetes, där kroppens förmåga att reagera på förändringar i näringstillgänglighet försämras. Att studera hur ormar reglerar dessa processer kan avslöja nya terapeutiska mål för att förbättra människans metaboliska hälsa.

Källa till information: Aundrea K. Westfall et al. [Single-cell resolution of intestinal regeneration in pythons without crypts illuminates conserved vertebrate regenerative mechanisms, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024)]. DOI: 10.1073/pnas.2405463121