بازسازی (زیست‌شناسی)

در زیست‌شناسی، بازسازی یک فرایند تجدید، ترمیم و رشد است که باعث می‌شود ژنوم‌ها، سلول‌ها، جاندارها (organisms) و اکوسیستم‌ها در برابر وقایع ناگهانی طبیعی یا وقایعی که باعث اختلال و آسیب می‌شود مقاوم شوند. هر یک از گونه‌ها قابلیت بازسازی دارند، از باکتری‌ها تا انسان‌ها. بازسازی می‌تواند کامل باشد به این صورت که بافت جدید مشابه بافت از دست رفته‌است، یا ناقص باشد؛ به این شکل که بعد از بافت مرده فیبروز پدیدار می‌شود. در پایه‌ای‌ترین مرحله، بازسازی بوسیلهٔ فرایندهای مولکولی تنظیم بیان ژن (gene regulation) انجام می‌شود. بازسازی در زیست‌شناسی هرچند، در اصل مربوط است به فرایندهای مورفوژنیک که باعث شکل‌پذیری‌های فنوتیپیک در ویژگی‌های ظاهری جانوران است، این فرایند باعث می‌شود جانوران چند سلولی خود را ترمیم کنند و سازگاری خود را در وضعیت‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک خود حفظ کنند. در مراحل بالاتر از ژنتیک، بازسازی اساساً توسط یک فرایند سلولی غیر جنسی انجام می‌پذیرد. بازسازی با تولیدمثل متفاوت است. برای مثال هیدرا بازسازی می‌کند اما بوسیله جوانه‌زنی تولید مثل می‌کند

پایه‌های سلولی ملکولی

وقتی آسیبی رخ می‌دهد، فاکتورهای فعال سازی ژنتیکی سلول‌ها را وادار به کار کردن دوباره می‌کنند و باعث تشکیل الگوها در مرحلهٔ ریخت‌زایی حیوان می‌شوند. برای مثال، سلول‌های عصبی، پروتئین‌های مرتبط با رشد، مانند GAP-43، توبولین، اکتین، مجموعه ای از نوروپپتید‌های جدید و سیتوکین‌ها که پاسخ فیزیولوژیکی سلولی را به بازسازی در اثر آسیب می‌رسانند، بیان می‌کنند.[۱۹] بسیاری از ژن‌هایی که در توسعه اولیه بافت‌ها دخیل هستند، در طول پروسه بازسازی مجدداً فعال می‌شوند. برای مثال، سلول‌هایی که در آغازه ی بال‌های گورخرماهی دیده می‌شوند، چهار ژن از خانواده homeobox msx را در طی توسعه و بازسازی بیان می‌کنند.

بندپایان

بندپایان می‌توانند برآمدگی‌های بدن خود را پس از از دست دادن یا خودوابری بازسازی کنند. بازسازی بندپایان به پوست اندازی محدود می‌شود به گونه ای که حشرات دگردیس فقط تا زمان آخرین پست اندازی عمرشان قادر به بازسازی هستند. اما برای مثال سخت پوستان این گونه نیستند و در تمام عمر این قابلیت را دارند. سیکل‌های پوست اندازی به صورت هورمونی در بندپایان تنظیم می‌شوند، البته خودوابری باعث پوست اندازی نارس می‌شود.
سازوکازهای پشت فرایند بازسازی برآمدگی‌ها در حشرات دگردیس و سخت پوستان بسیار محافظت شده باقی مانده‌اند.
گونه‌های هر دو دسته قبل از خودوابری و بازسازی اعضا یک بلاستما تشکیل می‌دهند. عنکبوتیان از جمله عقرب‌ها، زهر خود را بازسازی می‌کنند، هرچند محتوای زهر بازسازی شده با زهر اصلی متفاوت است زیرا زهر جدید قبل از این که پروتئین‌های فعال آن همه پر شوند جایگزین می‌شود.

کرم حلقوی

بسیاری از کرم‌های حلقوی قابلیت بازسازی دارند. برای مثال Chaetopterus variopedatus و Branchiomma nigromaculata می‌توانند هر دو بخش جلویی و عقبی بدن خود را پس از تقسیم عرضی بازسازی کنند.
رابطهٔ بین سلول‌های بنیادی پیکری و جنسی در سطح ملکولی روی کرم حلقوی Capitella teleta مطالعه شده‌است. زالو‌ها و Branchiobdellida
ها که از شاخهٔ کرم‌های حلقوی هستند قادر به انجام بازسازی قطعه ای نیستند.
از همین شاخه، lumbriculid‌ها قادر هستند که بازسازی را از روی تنها تعداد کمی از قطعات بدن خود انجام دهند. بازسازی قطعه ای در این جانوران اپیمورفیک است و با تشکیل بلاستما انجام می‌شود.
توانایی بازسازی قطعه ای در میان کرم‌های حلقوی در طول تکامل بارها به دست آمده و از دست رفته‌است. برای مثال در تکامل oligochaetes از این شاخه توان بازسازی سر سه بار از دست رفته‌است.
بازسازی بافتی شامل پاددگرگونی یاخته، ترارختی، بازدگرگونی می‌شود.
اپیمورفیسم به معنی بازسازی یک بخش مشخص از یک جاندار است که شامل تکثیر سلول‌های بنیادی پیکری، پاددگرگونی، اصلاح و تشکیل بلاستما می‌شود.
برخی پرتاران از شاخهٔ کرم‌های حلقوی مانند Sabella pavonina علاوه بر اپیمورفیسم، بازسازی بافتی را هم تجربه می‌کنند.
هرچند اثبات نشده ولی احتمالاً بازسازی بافتی یک حالت رایج از بازسازی میان قطعه ای در کرم‌های حلقوی است.
در Lumbriculus variegatus هنگام بازسازی پس از تقسیم عرضی، ممکن است قسمت عقبی به قسمت جلویی در بدن حیوان حدید تبدیل شود که با بازسازی بافتی ممکن است.

پلاناریا (کرم‌های پهن)

کرم‌های پهن پلاناریا برای توانایی بالایشان برای بازسازی معروف هستند. اگر یکی از این کرم‌ها را به تعداد زیادی قطعهٔ کوچک تقسیم کنید، پس از چند روز با یک ظرف پر از پلاناریا روبرو می‌شوید.
یا اگر آن را به صورت طولی، عرضی یا ضربدری تقسیم کنید دو تا پلاناریای جدید خواهید داشت.
تحقیقات نشان داده‌اند که یک قسمت از بدن پلاناریا که متناسب با ۱/۲۷۹ بدن او است، یا یک قطعه با ۱۰۰۰۰ سلول از بدن او می‌تواند در طی یک یا دو هفته به یک کرم کامل تبدیل شود.
در سال‌های اخیر از این موضوع برای مطالعهٔ چگونگی و چرایی بازسازی استفاده شده‌است با این امید که بتوان از آن برای بازسازی بافت‌ها در بدن انسان استفاده کرد.
بازسازی در پلاناریا به خاطر وجود سلول‌های بنیادی به نام نئوبلاست است. این سلول‌ها ۲۰ تا ۳۰ درصد سلول‌های پلاناریا را تشکیل می‌دهند و در تمام بدن پلاناریا پخش شده‌اند و در صورت قطع عضو، فعال می‌شوند تا بافت‌های قطع شده را بازسازی کنند.
نئوبلاست‌ها پس از قطع عضو بلاستمایی می‌سازند که بافت‌های از دست رفته را دوباره تولید می‌کند.

دوزیستان

توانایی بالای بازسازی عضو در سمندر مکزیکی و سمندرک بسیار قابل توجه دانشمندان بوده‌است.
برخی سمندرها و سمندرک‌ها بیشترین توانایی بازسازی عضو را در میان چهاراندامان دارند. آن‌ها می‌توانند اندام‌هایی چون دم، آرواره‌ها و شبکیهٔ چشم را بازسازی اپیمورفیک دوباره به دست آورند.
این بازسازی دو مرحلهٔ مهم دارد. ادر مرحلهٔ اول، سلول‌های محلی در محل آسیب دیدگی پاددگرگون می‌شوند و بلاستما را می‌سازند.
در مرحلهٔ دوم، سلول‌های بلاستمایی تکثیر می‌شوند، الگوبندی می‌شوند، دگرگون می‌شوند و رشد می‌کنند. با فرایندی شبیه به آنچه در رشد جنین اتفاق می‌افتد؛ و در نهایت از سلول‌های بلاستمایی همهٔ سلول‌های اندام جدید ساخته می‌شوند.
پس از قطع عضو، روپوست طی یک تا دو ساعت محل پارگی را می‌پوشاند و ساختاری به نام بافت پوششی زخم به وجود می‌آورند.
سلول‌های روپوستی به پوشاندن این بافت پوششی ادامه می‌دهند و یک ناحیهٔ ضخیم به وجود می‌آورند که به آن apical epithelial cap گفته می‌شود.
در روزهای بعدی تغییراتی در ناحیهٔ آسیب دیده رخ می‌دهد که باعث تشکیل بلاستما می‌شود. وقتی بلاستما تشکیل می‌شود ژن‌های الگو ساز -مانند HoxA و HoxD- مانند زمانی که عضو در زمان جنینی تشکیل می‌شد فعال می‌شوند.
سپس اطلاعات دقیق مکان اندام از دست رفته در بلاستما ذخیره می‌شود. پس از آن نورون‌های حرکتی، ماهیچه‌ها و رگ‌های خونی در اندام جدید به وجود می‌آیند و اتصال‌های بین اندام جدید و بقیهٔ بدن را می‌سازند.
این فرایند با توجه به سن پلاناریا از یک تا سه ماه طول می‌کشد.
در سال‌های اخیر با پیشرفته‌های حوزهٔ ژنومیک، بیوانفورماتیک، تحویل ژن به یاخته‌های پیکری مطالعهٔ بازسازی با اقبال زیادی روبرو شده‌است.