Reziliență și fragilitate în organismele vii

Unul dintre personajele lui Shakespeare din piesa Troilus și Cresida amintește cum o mică variație poate avea consecințe disproporționate: „Take but degree away, untune that string / And, hark, what discord follows! each thing meets / In mere oppugnancy“ („Slăbește chiar și-un pic o coardă, și iată ce disonanță apare: toate se regăsesc în dezacord“). Pentru a evita un astfel de efect negativ în cascadă, un sistem s-ar putea apăra prin reziliență. Organismele vii au o mulțime de mecanisme și strategii care le permit să fie reziliente, astfel încît o perturbare a sistemului să nu aibă consecințe dezastruoase. O parte din această reziliență provine din plasticitate. Organismele vii se folosesc de plasticitate, care există la nivelul întregului sistem, inclusiv de la țesuturi pînă la celule și la moleculele din acestea, pentru a se adapta unor noi medii sau împrejurări. Totodată, această flexibilitate poate fi permisivă și pentru evoluție.

În creierul animalelor, plasticitatea le permite neuronilor să își modifice conexiunile, sinapsele, ceea ce contribuie apoi la procese cognitive precum învățarea și memorarea. De multe ori, modificarea conexiunilor nu constă în stabilirea unor noi conexiuni între neuroni sau cu alte celule din creier, ci în întărirea sau slăbirea unor sinapse deja existente. Plasticitatea sinaptică este așadar o sursă majoră de adaptabilitate a creierului.

Regenerarea țesuturilor lezate ține tot de plasticitate și poate varia la diferite specii. De exemplu, în cazul oamenilor, în urma unei leziuni, inima nu își poate regenera țesutul, ci îl poate doar înlocui cu țesut cicatrizat. La peștii-zebră, însă, inima se poate regenera după o leziune pentru că unele dintre celulele care alcătuiesc țesutul muscular al inimii încep să se dividă pentru a reconstrui țesutul afectat. Un alt țesut care nu se poate regenera la oameni, dar pe care peștii-zebră îl reconstruiesc cu relativă ușurință, este măduva spinării. Cercetătorii studiază aceste procese pentru a descoperi mecanismele moleculare folosite de pești, pentru a încerca apoi regenerarea la oameni. Totuși, lipsa abilității de regenerare la oameni poate fi și un mecanism menit a nu permite proliferarea excesivă a celulelor, care poate duce la formarea de tumori. Așadar, plasticitatea, deși oferă reziliență și adaptabilitate, poate deveni și o sursă de fragilitate.

În general, fiecare celulă are o anumită identitate, de exemplu de neuron sau de celulă stem. Totuși, identitatea unei celule nu e neapărat fixă. Odată apărute, tumorile se folosesc și ele de această plasticitate celulară. În cadrul unei tumori pot exista diferite tipuri de celule care nu au o identitate fixă: pot trece de la un tip de celulă la altul, schimbîndu-și compoziția moleculară și forma (morfologia). Unele celule își pot pierde identitatea matură, revenind la o formă „imatură”, de „celule stem canceroase”, care le permite să se dividă mai mult, ducînd astfel la creșterea şi răspîndirea tumorilor. Diversitatea, eterogeneitatea celulelor dintr-o tumoare constituie o problemă pentru tratarea sa cu precizie, pentru că, într-un fel, această natură schimbătoare a celulelor țintite de tratament face ca „ținta” să fie mereu în mișcare. Există unele propuneri de terapii care mizează pe diferențierea celulelor, scopul fiind de a face celulele stem imature dintr-o tumoare să adopte o identitate matură fixă, ceea ar putea înlesni apoi eliminarea lor. Unul dintre principalele tipuri de tumoare care apar în sistemul nervos, numit glioblastom, este alcătuit din astfel de celule eterogene. Terapiile bazate pe diferențiere ar urmări transformarea celulelor stem canceroase din glioblastom în neuroni, de exemplu, care ar putea fi apoi eliminați prin metode cunoscute, cum sînt cele chimice sau de radioterapie.

Profitînd de plasticitatea celulară, cercetătorii pot modifica sau „reprograma” celulele adulte pentru a le schimba identitatea. Cel mai celebru exemplu este reprogramarea celulelor de piele în celule stem, din care se pot obține apoi alte tipuri de celule. De pildă, celulele stem pot fi induse de cercetători, prin folosirea de metode in vitro, să adopte identitatea unor celule din retină, care pot fi apoi folosite pentru terapii care au scopul de a înlocui celulele pierdute în urma degenerării retinei.

Precum o lamă cu două tăișuri, plasticitatea organismelor vii le asigură reziliența, dar în același timp lasă loc și pentru fragilitate. Astfel, organismele vii sînt reziliente fără a fi încremenite precum niște mașinării fixe, avînd o flexibilitate care le permite să reziste în timp ce se adaptează la mediul unde trăiesc, dar care poate uneori contribui și la patologii ce duc la degradarea lor.

Laura-Yvonne Gherghina este doctorandă la Departamentul de Fiziologie, Dezvoltare și Neuroștiințe al Universității din Cambridge.