diferenciācija bioloģijā iezīmē pāreju no vāji diferencēta stāvokļa uz ļoti diferencētu stāvokli. Šim procesam ir īpaša nozīme apaugļotās olšūnas attīstībā par pilnīgu organismu. Traucējumi diferenciācijas procesā var izraisīt nopietnas slimības, piemēram, vēzi vai kroplības.
Kāda ir atšķirība?
Bioloģiskā diferenciācija ir saistīta ar nediferencētu cilmes šūnu specializāciju diferencētās ķermeņa šūnās. Šiem procesiem ir īpaši svarīga loma embrioģenēzes un turpmākās augšanas laikā. Diferenciācijas procesi ir svarīgi arī ķermeņa funkciju uzturēšanai pieaugušos organismos.
Sākumā nediferencētās cilmes šūnas joprojām spēj pārveidoties par visām citām ķermeņa šūnām. Šajā procesā specializētas ķermeņa šūnas rodas vairāku diferenciācijas procesu rezultātā, kas veido dažādus orgānus un galu galā zaudē spēju dalīties.
Ir vairāki cilmes šūnu veidi. Tā saucamās totipotentās cilmes šūnas joprojām spēj pārveidoties par pilnīgu organismu. Pluripotentās cilmes šūnas savukārt var diferencēties visās ķermeņa šūnās. Tomēr viņiem vairs nav iespējams izvērsties par atsevišķiem organismiem. Daudzpotenciālās cilmes šūnas jau ir izveidojušas noteiktu diferenciāciju noteiktā šūnu līnijā. Tomēr tie joprojām var atšķirties visās citās šīs šūnu līnijas šūnās.
Funkcija un uzdevums
Bioloģiskā diferenciācija ir viens no vissvarīgākajiem procesiem augu, dzīvnieku vai cilvēku organismu attīstībā.Šajā procesā cita starpā attīstās arī ķermeņa šūnas, kas vairākkārt tiek diferencētas no apaugļotas olšūnas vairākos posmos.
Apaugļotā olšūna ir pirmā totipotentā cilmes šūna, kas sākotnēji tiek pakļauta šūnu dalīšanai četrās vienādās šūnās. Katra no šīm četrām šūnām var attīstīties par pilnīgi ģenētiski identisku organismu. Kad tiek sasniegta četru šūnu stadija, veidojas blastocista, kas sastāv no pluripotentām embrionālās cilmes šūnām. Šīs pluripotentās cilmes šūnas nākamajā diferenciācijas posmā var attīstīties trijos dīgļu slāņos - ektodermā, endodermā un mezodermā - un tādējādi pārstāvēt visu pārējo ķermeņa šūnu sākumpunktu.
Tomēr atšķirībā no totipotentām cilmes šūnām tās jau ir zaudējušas spēju attīstīties par ģenētiski identiskiem neatkarīgiem organismiem.
Turpmākās šūnu līnijas izdalās no trim dīgļlapām, kuras sākotnēji sastāv no daudzpotenciālām cilmes šūnām. Daudzpotenciālās cilmes šūnas spēj attīstīties visos attiecīgās šūnu līnijas šūnu tipos. Šīs šūnas vairs nespēj pārveidot sevi par visām citām ķermeņa šūnām, jo tās jau ir sasniegušas augstāku diferenciācijas pakāpi nekā pluripotentās cilmes šūnas.
Dzīvnieku un cilvēku organismos diferenciācijas process ir saistīts ar noteikšanu. Noteikšana apraksta izveidotās specializācijas izveidi, pēc kuras šūnu līniju turpmāko attīstību nodod ar epiģenētiskiem līdzekļiem. Protams, šūnas, kas jau ir iepriekš diferencētas, to diferenciācijas rezultātā tālāk diferencējas attiecīgās šūnu līnijas šūnās.
Lai arī visa katras atsevišķās šūnas ģenētiskā informācija ir identiska, caur gēnu ekspresiju tā tiek izsaukta atšķirīgi atkarībā no šūnas veida. Cita starpā tas nozīmē, ka, piemēram, aknu šūnā tiek dekodēta tikai ģenētiskā informācija aknu funkcijām, bet visa pārējā informācija paliek neizlasīta.
Diferenciāciju ietekmē dažādi ārējie vai iekšējie faktori. Svarīgu lomu spēlē hormoni un augšanas faktori. Šūnas kontakti ar kaimiņu šūnām arī nosaka diferenciācijas virzienu.
Noteiktos apstākļos atkārtota noteikšana var notikt. Šūnas noteikšana tiek mainīta. Tas ir īpaši svarīgi brūču sadzīšanā. Ja šūnas pēc tam jau ir diferencētas, tās šajos gadījumos zaudē diferenciāciju un atkal diferencējas. Tomēr, ja šis process tiek traucēts, var rasties vēzis.
Diferenciācija ir būtiska, lai organisms vispār funkcionētu kā vienota bioloģiskā sistēma.
Slimības un kaites
Šūnu diferenciācijas kontekstā tomēr var rasties traucējumi, kas embrioģenēzes laikā var izraisīt orgānu kroplības. Ir dažas ģenētiskas slimības ar dažādām orgānu displāzijām. Papildus iekšējo orgānu kroplībām ārējais izskats bieži ir neatbilstīgs.
Tomēr ir arī ģenētiski orgānu anomāliju cēloņi. Viens piemērs ir nieru agenesis, ja nav amnija šķidruma. Tā kā cilvēka embrijs var attīstīties tikai amnija šķidrumā, vietas trūkums šeit rada nepareizu orgānu diferenciāciju, kā rezultātā tiek ietekmēti arī citi orgāni un audi.
Arī narkotikas var izjaukt diferenciācijas procesu embrioģenēzes laikā. Plaši pazīstams piemērs ir sedatīvs Contergan, kas grūtniecības sākumā izraisīja augļa augšanas attīstības bojājumus. Tas kļuva publiski pieejams 1961. gadā ar tā saukto Contergansandal.
Tomēr var arī gadīties, ka šūnas, kas jau ir diferencētas, atdala un pēc tam nekontrolēti vairojas. Tāda ir situācija ar vēzi. Jo vairāk šūnas ir diferencējušās, jo ļaundabīgāks ir audzējs. Kā jau minēts, diferenciācija ir nepieciešama dažos gadījumos, kad ir lielāka vajadzība pēc šūnu augšanas. Tas cita starpā attiecas uz brūču sadzīšanu. Tomēr šajos procesos pēc diferenciācijas seko šūnu diferenciācija. Tomēr, ja diferenciācija neizdodas, attīstās vēzis.
Somatiskās mutācijas šūnās var ietekmēt arī gēnus, kas ietekmē diferenciāciju. Tāpēc vēža attīstības varbūtība dzīves laikā palielinās.
