Planarians en Regeneratie: Facts and Possible Applications

Linda Crampton is schrijfster en docente met een cum laude graad in biologie. Ze houdt ervan de natuur te bestuderen en over levende wezens te schrijven.

Dugesia subtentaculata

Eduard Sola, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 License

Wat is een planarian?

Voor veel biologiestudenten roept het woord “planarian” het beeld op van een vreemde platworm met gekruiste ogen en een verbazingwekkend vermogen om te regenereren. Zelfs kleine stukjes van een planarian kunnen ontbrekende lichaamsdelen regenereren en een compleet individu vormen. Het dier is populair in schoollaboratoria en bij wetenschappelijk onderzoek. Recente ontdekkingen over zijn biologie kunnen ons helpen in onze zoektocht om de regeneratie van menselijke weefsels, organen en lichaamsdelen op gang te brengen.

Meerdere soorten worden planaria genoemd, ook al behoren veel van hen niet tot het geslacht Planaria. Dugesia wordt bijvoorbeeld vaak als planaria gebruikt in practica op school. Planaria zijn zoetwaterwezens die veel kenmerken gemeen hebben, waaronder de meeste van hun anatomische kenmerken en hun vermogen om te regenereren. Het zijn kleine wezens die met het blote oog kunnen worden gezien, maar het best onder een microscoop kunnen worden bekeken. Wetenschappers doen interessante ontdekkingen over hun cellen en gedrag.

Grootte van typische laboratoriumplanarianen

Rev314159, va flickr, CC BY-ND 2.0 License

Planariërs behoren tot de platwormen, oftewel het phylum Platyhelminthes. De naam van het phylum is afgeleid van de Griekse woorden platy, wat plat betekent, en helminth, wat worm betekent. Lintwormen en zuigwormen zijn ook platwormen.

Uiterlijke kenmerken

Zoals de naam van hun phylum al aangeeft, hebben planarianen een afgeplat lichaam. Hun kleur varieert. Ze bewegen zich voort door een glijdende en golvende beweging. Hun “ogen” zijn eigenlijk oogvlekken (of ocelli) die de intensiteit van het licht kunnen waarnemen, maar geen beeld kunnen vormen.

Planaria hebben vaak aan elke kant van hun lichaam een oorvormig uitsteeksel naast hun ogen. Deze uitsteeksels worden oorschelpen genoemd. Ze spelen geen rol bij het horen, zoals hun naam doet vermoeden, maar bevatten chemoreceptoren om chemicaliën te detecteren. Ze zijn ook gevoelig voor aanraking. De oorschelpen helpen een planarian bij het vinden van voedsel.

De mond van een planarian bevindt zich ongeveer halverwege de onderkant van zijn lichaam. Bij veel individuen is naast de mond en onder het oppervlak van het dier een staafachtige structuur te zien. Dit is de keelholte, een buisvormige structuur die naar de rest van het spijsverteringskanaal leidt. Een planarian strekt zijn keelholte door zijn mond uit om voedsel op te zuigen. Alle planaria hebben een keelholte en voeden zich op deze manier, ook al is de structuur aan de buitenkant niet zichtbaar.

Verterings- en Excretiesystemen

Een planaria heeft een verterings-, excretie- en zenuwstelsel, maar geen ademhalings- of bloedsomloopstelsel. Zuurstof komt het lichaam binnen en gaat via diffusie naar de cellen van het dier. Kooldioxide verlaat de cellen en gaat via hetzelfde proces naar het lichaamsoppervlak. De dunheid van het lichaam van het dier maakt gasuitwisseling zonder speciale structuren praktisch.

Vertering

Planariërs zijn carnivoren en verkrijgen hun voedsel door predatie of aasetend. De gespierde keelholte strekt zich uit door de mond om voedsel op te nemen en trekt zich dan terug in het lichaam. De keelholte leidt naar een vertakt spijsverteringskanaal. Voedingsstoffen uit het voedsel diffunderen door de wand van dit kanaal en komen in de cellen van het dier terecht. Onverteerbaar voedsel komt vrij via de mond. Planaria hebben geen anus.

Uitscheiding

Het lichaam van een planaria bevat buisvormige structuren, protonephridia genoemd, die vlamcellen bevatten. De vlamcellen bevatten draadachtige structuren, flagellen genaamd. De flagellen slaan, wat doet denken aan een flikkerend vlammetje en waaraan de cellen hun naam ontlenen. De kloppende flagella verplaatsen vloeistof met afvalstoffen uit het lichaam via poriën op het oppervlak van het dier.

Structuur van een menselijk neuron, ofwel een zenuwcel

National Cancer Institute, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 licentie

De structuur hierboven is een neuron van een zoogdier, niet van een planariaan, maar het toont de relatie tussen het cellichaam en het axon bij planariaan. Het axon is het verlengstuk van het cellichaam.

Nervusstelsel

De kop van een planarian bevat twee met elkaar verbonden ganglia, die bekend staan als de cerebrale ganglia. Een ganglion is een massa zenuwweefsel bestaande uit de cellichamen van neuronen. Het cellichaam bevat de kern en de organellen van een neuron. Een uitsteeksel van het cellichaam, axon genaamd, geeft de zenuwimpuls door aan het volgende neuron. De zenuwen van een planarian bevatten een bundel axonen.

Zenuwen lopen van de cerebrale ganglia door het lichaam van de planarian, dat andere ganglia bevat. Ganglia en zenuwen vormen een laddervormig zenuwstelsel, zoals te zien is in onderstaande illustratie.

De verbonden ganglia in de kop van een planarian worden soms aangeduid als hersenen, hoewel zij een veel eenvoudiger structuur vormen dan onze hersenen. Niettemin is de activiteit van de “hersenen” van het dier interessant. Deze activiteit wordt onderzocht in leer- en farmacologie-experimenten met het dier.

Nervoisysteem van een planarian

Putaringonit, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 Licentie

Het lichaam van een planarian bevat spieren die zich in verschillende richtingen uitstrekken. De onderzijde produceert slijm en heeft veel haarachtige structuren, cilia genaamd. Door deze kenmerken kan het dier zich over oppervlakken voortbewegen met een glijdende beweging waarbij de trilhaartjes kloppen. Planarians zwemmen ook door water.

Reproductief systeem

Sommige soorten planarians planten zich zowel geslachtelijk als ongeslachtelijk voort. Andere planten zich alleen aseksueel voort. De soorten die zich geslachtelijk kunnen voortplanten, hebben zowel eierstokken als teelballen en zijn dus hermafrodiet. Tijdens de paring wordt sperma uitgewisseld tussen twee dieren. De eitjes worden inwendig bevrucht en in capsules gelegd.

Bij ongeslachtelijke voortplanting scheidt het staarteinde van een planarian zich af van de rest van zijn lichaam. De staart ontwikkelt een nieuwe kop en het hoofdeinde van het dier ontwikkelt een nieuwe staart. Zo ontstaan twee individuen.

Stamcellen

Planaria kunnen ontbrekende delen regenereren door de wijdverbreide aanwezigheid van stamcellen. Een stamcel is niet-gespecialiseerd, maar kan gespecialiseerde cellen produceren als hij op de juiste wijze wordt gestimuleerd. De stamcellen van Planarian staan bekend als neoblasten. De aard van de neoblasten en de processen die zich voordoen wanneer de regeneratie wordt geactiveerd en uitgevoerd, worden nog onderzocht.

Mensen hebben ook stamcellen, maar in beperktere mate dan planarianen. De cellen hebben een kenmerk dat bekend staat als potentie en worden als volgt ingedeeld.

  • Totipotente stamcellen kunnen elk type cel in het lichaam plus de cellen van de placenta produceren.
  • Pluripotente cellen kunnen elk type cel in het lichaam produceren, maar niet de cellen van de placenta.
  • Multipotente cellen kunnen verschillende soorten gespecialiseerde cellen produceren.
  • Unipotente cellen kunnen slechts één soort gespecialiseerde cel produceren.

De stamcellen in planarianen zijn pluripotent (althans degenen die zijn bestudeerd zijn dat). Er zijn er zoveel van in het lichaam dat zelfs een klein stukje van een planaria de cellen bevat.

De video hieronder laat zien hoe een planaria doormidden wordt gesneden en vervolgens uitgroeit tot twee organismen. Biologen gaan ervan uit dat het zenuwstelsel van een planarian veel eenvoudiger is dan het onze en dat hij daarom geen pijn voelt zoals wij. Dit is echter slechts een veronderstelling.

Mogelijkheid tot regeneratie

Nieuwe individuen die worden geproduceerd door een bepaalde planarian in stukken te snijden, zijn genetisch identiek aan hun “ouder”. Zelfs wanneer het lichaam in meer dan honderd stukken wordt gesneden, zal elk stuk uitgroeien tot een compleet dier. In de negentiende eeuw beweerde een wetenschapper genaamd Thomas Hunt Morgan dat 279 stukken van een planarian nieuwe individuen zullen regenereren.

Het is niet nodig om een planarian volledig in stukken te snijden om regeneratie op gang te brengen. Als de kop doormidden wordt gesneden terwijl de rest van het lichaam intact wordt gelaten, regenereert elke helft van de kop het ontbrekende deel. Het resultaat is dat het dier uiteindelijk twee koppen heeft. De regeneratie bij een planarian duurt ongeveer zeven dagen of soms iets langer.

Facts About Planarian Regeneration

  • Als zijn neoblasten door straling worden vernietigd, is een doorgesneden planarian niet in staat ontbrekende delen te regenereren en sterft binnen een paar weken.
  • Als nieuwe neoblasten in een bestraald dier worden getransplanteerd, krijgt het zijn vermogen tot regeneratie terug.
  • Als een deel van een planarian wordt geamputeerd, reizen neoblasten naar de wond en vormen een structuur die een blastema wordt genoemd. In deze structuur vindt de productie en differentiatie van nieuwe cellen plaats.
  • Stukken afkomstig uit twee lichaamsdelen van een planarian zijn niet in staat een volledig dier te regenereren. Deze gebieden zijn de keelholte en de kop voor de oogvlekken.

Onderzoekers onderzoeken de signaalprocessen die neoblasten vertellen om naar het verwonde gebied te migreren en vervolgens een reeks gespecialiseerde cellen te produceren. Het onderzoek is belangrijk voor het begrijpen van het gedrag van stamcellen in planaria en misschien ook in mensen.

Nieuwe trends in onderzoek: Genen en RNA

Cellen geven signaalmoleculen af om andere cellen te beïnvloeden. De moleculen zijn vaak eiwitten. Zij doen hun werk door zich te verbinden met receptoren op het oppervlak van andere cellen, die ook eiwitten zijn. De vereniging van een signaalmolecuul en zijn receptor veroorzaakt een bepaalde reactie in de ontvangende cel.

Het DNA in de kern van een cel bevat gecodeerde instructies voor het maken van de eiwitten die een organisme nodig heeft, met inbegrip van de eiwitten die als signaalmoleculen fungeren. De code voor het maken van een specifiek eiwit wordt getranscribeerd op een molecuul boodschapper-RNA, dat naar de ribosomen buiten de kern gaat. Hier wordt het betreffende eiwit gemaakt.

Elk gen in een DNA-molecule codeert voor een specifiek eiwit. Sommige planaria-onderzoekers richten hun studies op genen en RNA-transcripten (boodschapper-RNA getranscribeerd uit een specifiek gen in een DNA-molecuul). Deze studies kunnen nieuwe inzichten verschaffen in het regeneratieproces bij de dieren.

Een planarian stamcelgen waarvan wordt aangenomen dat het betrokken is bij regeneratie wordt het piwi (spreek uit pee-wee) gen genoemd. Wij hebben een nauw verwant gen in ons sperma en onze eicellen. Het speelt ook een rol bij de activiteit van onze stamcellen. Sommige van de andere genen die betrokken zijn bij de regeneratie van de planaria lijken op die van de mens. Misschien leren we op een dag hoe we deze genen kunnen gebruiken bij de regeneratie van menselijke lichaamsdelen.

Schmidtea mediterranea

Alejandro Sanchez Alvarado, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5 License

Schmidtea mediterranea is een populaire planarian in wetenschappelijk onderzoek. Hij komt oorspronkelijk uit Europa en heeft een uitstekend vermogen tot regeneratie.

Nb2 Cellen

Een team van onderzoekers uit de Verenigde Staten heeft enkele interessante ontdekkingen gedaan over stamcellen van planaria. De onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om neoblasten van planaria te identificeren en te classificeren. Als gevolg daarvan hebben zij twaalf typen neoblasten ontdekt, waaronder een type dat zij subtype 2 of Nb2 noemen.

Nb2 is pluripotent en heeft een eiwit op zijn oppervlak dat tetraspanine wordt genoemd. Het eiwit wordt gecodeerd in een gen dat tetraspanin-1 heet. Tetraspanine is eigenlijk de naam van een familie van eiwitten. Ons lichaam bevat enkele leden van deze familie. Bij de mens zijn de eiwitten betrokken bij celontwikkeling en groei.

De wetenschappers hebben de volgende feiten ontdekt over het gedrag van Nb2-cellen.

  • Toen de onderzoekers planarians doorsneden, ontdekten ze dat de populatie van Nb2-cellen in elke helft snel toenam.
  • Cellen die in laboratoriumapparatuur werden geïsoleerd, overleefden een subletale stralingsbehandeling.
  • Toen planarians werden blootgesteld aan een stralingsdosis die normaal gesproken dodelijk zou zijn geweest, vermenigvuldigde een enkele geïnjecteerde Nb2-cel zich en verspreidde zich vervolgens door de dieren, waardoor ze werden gered.
  • Het transcriptoom van een cel is de som van al zijn RNA-transcripten. Het transcriptoom van de Nb2-cellen is verschillend tijdens het normale leven, na blootstelling aan subletale straling, en tijdens regeneratie. Dit suggereert dat in elke situatie een andere set eiwitten wordt gemaakt.

Planaria torva

Holger Brandl et al, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0 License

Mogelijke relevantie voor de menselijke biologie

Het lijkt misschien vreemd dat een wezen dat zo anders lijkt te zijn dan de mens, informatie kan bevatten die relevant is voor onze biologie. Op cellulair niveau hebben planarians echter veel gemeen met de mens. Zelfs hun organen en systemen vertonen enige gelijkenis met die van de mens.

Een onderzoeker noemt planarians een in-vivo petrischaal voor pluripotente stamcellen. Een in-vivo experiment wordt gedaan in levende wezens. Een in-vitro experiment wordt uitgevoerd in laboratoriumapparatuur, zoals petrischalen. Experimenten in glaswerk kunnen nuttig zijn. Zij hebben echter een beperkte waarde, omdat de interacties die in levende lichamen voorkomen, ontbreken. In het planaria-lichaam zijn deze interacties wel aanwezig. Het bestuderen van de dieren zou kunnen leiden tot doorbraken in ons begrip van de menselijke biologie.

  • Informatie over platyhelminthes van de Rice University
  • Inleiding tot de platyhelminthes van het University of California Museum of Paleontology
  • Wetenswaardigheden over de regeneratie van planaria van het Max Planck Instituut voor Moleculaire Medicine
  • Informatie over een nieuw ontdekt neoblast uit het tijdschrift Science
  • Een samenvatting van nieuw Nb2-onderzoek uit het tijdschrift Cell

© 2018 Linda Crampton

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 29 juni 2018:

Dank je wel, Devika.

DDE op 29 juni 2018:

Je hebt me vermaakt met veel feiten en fascinerende titels. Dit is geen uitzondering!

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 21 juni 2018:

Heel erg bedankt voor het bezoek en de vriendelijke opmerking, RTalloni. Ik zie ook niet graag regenwormen in de problemen!

RTalloni op 21 juni 2018:

Zo interessant, en huiverig! 🙂 Je schrijven is altijd inzichtelijk en onderhoudend, waardoor de onderwerpen die je aansnijdt nog boeiender worden.

Dachten aan hoe planarians ten dienste staan van onderzoeksinspanningen om te begrijpen hoe verbazingwekkend cellen zijn, is fascinerend spul. Dit zal studenten goed van pas komen en het geeft de rest van ons veel stof tot nadenken.

Toen ik in de tuin aan het werk ben, lijkt het onvermijdelijk dat een regenworm in de problemen komt met een stuk gereedschap. Ik hoop altijd dat wat ik heb gehoord waar is, want ik haat het om ze in de problemen te zien!

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 21 juni 2018:

Hi, Adrienne. Dank je voor het bezoek. Planarians hebben inderdaad interessante kenmerken. Het zal interessant zijn om te zien of ze ons in de toekomst helpen.

Adrienne Farricelli op 21 juni 2018:

Met zulke interessante kenmerken is het geen wonder waarom planarians worden gebruikt in onderzoek. Hopelijk kunnen ze ons veel antwoorden geven.

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 20 juni 2018:

Dank je wel voor de opmerking, Liz.

Liz Westwood uit het Verenigd Koninkrijk op 20 juni 2018:

Dit is een zeer informatief en goed onderbouwd artikel. Ik heb altijd het gevoel dat ik veel leer door je artikelen te lezen.

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 19 juni 2018:

Ik hou ook van zowel etymologie als entomologie, Bede! Heel erg bedankt voor de opmerking. Planarians zijn zeker verbazingwekkende wezens.

Bede uit Minnesota op 19 juni 2018:

Ik leer altijd nieuwe dingen van je artikelen, Linda. Planarians zijn gewoon verbazingwekkende wezens en om te denken dat de menselijke biologie zou kunnen profiteren van het bestuderen van hun regeneratieve capaciteiten is een reden voor verwondering. Bedankt ook voor het uitleggen van de betekenis van Griekse woorden. Etymologie of entomologie – ik vind ze allebei leuk.

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 19 juni 2018:

Hi, Dora. Ik waardeer je opmerking. Planarians zijn ongewone wezens. Het is interessant om hun capaciteiten te onderzoeken.

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 19 juni 2018:

Dank je heel erg, Manatita. Ik hoop dat planaria-onderzoek nuttig blijkt te zijn voor mensen. We zouden een aantal belangrijke feiten over onze biologie kunnen ontdekken door de dieren te bestuderen.

Dora Weithers uit Het Caribisch gebied op 19 juni 2018:

Je doet het geweldig om onze interesse in deze mysterieuze wezens vast te houden. Zeker, planarians doen ertoe. Het regeneratieproces is zeer interessant en de uiterlijke kenmerken zijn zo anders dan wat we raden dat ze zouden zijn. Zoals altijd, bedankt voor de les.

manatita44 uit londen op 19 juni 2018:

Fascinerend spul!

Vooral de video’s. Ik zat te denken dat planaria onderzoek mogelijk mensen kan helpen, maar je raakte dit tegen het einde aan, vooral de stamcellen.

We zijn nu zo geavanceerd intellectueel, wetenschappelijk en elektronisch. Dus sommige antwoorden zijn puur een kwestie van tijd.

Another briĺiant stuk, Alicia.

Linda Crampton (auteur) from British Columbia, Canada on June 18, 2018:

Dat is een heel interessant punt, Heidi. Ik waardeer je commentaar en hoop dat je ook een prachtige week hebt.

Heidi Thorne uit Chicago Area op 18 juni 2018:

Altijd leerzaam! Ik denk dat de waarde in het bestuderen van deze mini-wezens super waardevol zal zijn als we eindelijk leven op andere werelden ontdekken. Wat voorspeld is, is dat er waarschijnlijk eenvoudige organismen ontdekt zullen worden. Dus het vergelijken met wat er op onze planeet is, zal zeker ons begrip van wat “leven” is vergroten. Bedankt voor het delen en een fijne week!

Linda Crampton (auteur) from British Columbia, Canada on June 18, 2018:

Dat is zo waar, Bill. Ik hoop dat er inderdaad snel nieuwe ontdekkingen verschijnen.

Bill Holland uit Olympia, WA op 18 juni 2018:

Er is zoveel dat we nog niet weten, en op een bepaalde manier is dat heel opwindend. Het betekent gewoon dat er snel nieuwe ontdekkingen komen, hopelijk ontdekkingen waar de mensheid veel baat bij zal hebben.

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 18 juni 2018:

Dank je, Mary. Ik hoop dat het onderzoek nuttig is voor mensen. Ik denk dat de werking van stamcellen een fascinerend onderwerp is.

Mary Norton uit Ontario, Canada op 18 juni 2018:

Dit is interessant en ik hoop wel dat dit onderzoek doorgaat, want het ziet er veelbelovend uit voor mensen, vooral bij celregeneratie. Er is zo veel in de cellen zowel bij dieren als bij mensen waar we nog steeds niets van weten. Bedankt dat je hierover schrijft.

Linda Crampton (auteur) uit British Columbia, Canada op 18 juni 2018:

Hoi, Ann. Bedankt voor het bezoek. Planarians zien er inderdaad nogal lief uit, vooral als ze uitvergroot zijn. Het zijn interessante en potentieel zeer nuttige dieren.

Ann Carr uit ZW-Engeland op 18 juni 2018:

Jouw titel trok me aan. “Wat is in hemelsnaam een planarian?” dacht ik.

Wat een fascinerende wezens zijn dit! Ze zien er nogal lief uit. Je artikel was ook fascinerend.

Ik ben altijd verbaasd over wat de natuur kan doen; de complicaties zijn groot. Wij denken dat wij het superieure ras zijn, maar dit doet me toch afvragen.

Het zou geweldig zijn als onderzoek naar de planarian zou blijken de mens te helpen met stamcelbehandeling en dergelijke.

Bedankt voor de voorlichting, Linda.

Ann

Linda Crampton (auteur) from British Columbia, Canada on June 17, 2018:

Dank je wel, Flourish. De mogelijkheden zijn spannend. Ik hoop dat het onderzoek uiteindelijk leidt tot een aantal prachtige resultaten voor mensen. Heb een geweldige week!

FlourishAnyway uit USA op 17 juni 2018:

Dit was grondig fascinerend en geeft echt geloofwaardigheid aan het idee dat stamcellen van enorme betekenis zijn voor ons en andere levende wezens. Stel je de mogelijkheden voor! Geweldig artikel!

Linda Crampton (auteur) from British Columbia, Canada on June 17, 2018:

Hi, Jackie. Ik waardeer altijd je bezoekjes, vooral zo snel nadat ik een artikel heb gepubliceerd. Regeneratie van regenwormen is vaak indrukwekkend, hoewel het vermogen afhangt van de soort en waar de worm is doorgesneden. Hopelijk zullen de studies van zowel planarians als regenwormen ons op een dag helpen.

Ik hoop dat je een geweldige week hebt, Jackie. Je bent zeker geen dummie!

Jackie Lynnley uit het mooie zuiden op 17 juni 2018:

Geen ademhalingsstelsel is verbazingwekkend. De studie en feiten die daaruit voortkomen zullen toch ooit grote waarde voor ons hebben, of dat zou ik zeker denken.

De voortplanting klinkt ook veel als de regenworm, nietwaar? Ik bedoel, omdat ik een plattelandsmeisje ben, zou ik hier kennis van hebben en niet van seksuele aard, maar gewoon omdat mij geleerd werd neem alle snufjes van ze om mee te vissen die je wilt en ze worden gewoon een andere worm!

Hard om die les te vergeten.

Geweldig leuk artikel zoals gewoonlijk, om ons dummies te helpen opvoeden, Linda!

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.