Diferencēšana bioloģijā raksturo transformāciju no vāji diferencēta stāvokļa uz ļoti diferencētu stāvokli. Šim procesam ir īpaša nozīme apaugļotās olšūnas attīstībā pilnīgā organismā. Diferencēšanas procesa traucējumi var vadīt nopietnām slimībām, piemēram, vēzis vai malformācijas.
Kas ir diferenciācija?
Bioloģiskā diferenciācija ir par nediferencētu cilmes šūnu specializāciju diferencētās somatiskajās šūnās. Bioloģiskā diferenciācija ir par nediferencētu cilmes šūnu specializāciju diferencētās somatiskajās šūnās. Īpaši embriogenēzes un turpmākās izaugsmes laikā šiem procesiem ir nozīmīga loma. Tomēr diferenciācijas procesi joprojām ir svarīgi ķermeņa funkciju uzturēšanai pieaugušiem organismiem. Sākotnēji nediferencētām cilmes šūnām joprojām ir spēja pārveidoties visās pārējās ķermeņa šūnās. Šajā procesā no vairākiem diferenciācijas procesiem rodas specializētas ķermeņa šūnas, kas veido dažādus orgānus un galu galā zaudē spēju sadalīties. Ir vairāki cilmes šūnu veidi. Piemēram, tā sauktās totipotentās cilmes šūnas joprojām spēj pārveidot katru par pilnīgu organismu. Savukārt pluripotentās cilmes šūnas joprojām var diferencēties visās ķermeņa šūnās. Tomēr viņiem vairs nav iespējams attīstīties par atsevišķiem organismiem. Daudzpotentu cilmes šūnas jau ir sasniegušas noteiktu diferenciāciju noteiktā šūnu līnijā. Tomēr viņi joprojām var diferencēties visās pārējās šīs šūnu līnijas šūnās.
Funkcija un uzdevums
Bioloģiskā diferenciācija ir viens no vissvarīgākajiem procesiem augu, dzīvnieku vai cilvēku organismu attīstībā. Šī procesa laikā, cita starpā, no apaugļotas olšūnas šūnas vairākos posmos attīstās arvien vairāk diferencētas somatiskās šūnas. Apaugļotā olšūna ir pirmā totipotenta cilmes šūna, kurai sākotnēji notiek šūnu dalīšanās četrās identiskās šūnās. Katra no šīm četrām šūnām var attīstīties par pilnīgu ģenētiski identisku organismu. Sasniedzot četru šūnu stadiju, veidojas blastocista, kas sastāv no pluripotentām embrija cilmes šūnām. Šīs pluripotentās cilmes šūnas var attīstīties nākamajā diferenciācijas posmā trijos dīgļu slāņos ektodermā, entodermā un mezodermā, un tādējādi tās ir sākumpunkts visām turpmākajām ķermeņa šūnām. Tomēr atšķirībā no totipotentajām cilmes šūnām tās jau ir zaudējušas spēju attīstīties par ģenētiski identiskiem neatkarīgiem organismiem. Trīs dīgļlapas rada turpmākas šūnu līnijas, kuras sākotnēji sastāv no multipotentām cilmes šūnām. Šajā procesā multipotentās cilmes šūnas spēj attīstīties visos attiecīgās šūnu līnijas šūnu tipos. Šīm šūnām vairs nav iespējas pārveidoties visās pārējās somatiskajās šūnās, jo tās jau ir sasniegušas augstāku diferenciācijas pakāpi nekā pluripotentās cilmes šūnas. Dzīvnieku un cilvēku organismos diferenciācijas process ir saistīts ar noteikšanu. Noteikšana attiecas uz specializācijas specifikāciju, tiklīdz tā ir pieņemta, un šūnu līniju tālāka attīstība tiek nodota ar epigenētiskiem līdzekļiem. Protams, šūnas, kas jau ir iepriekš diferencētas, to noteikšanas ietvaros turpinās diferencēties atbilstošās šūnu līnijas šūnās. Kaut arī katras šūnas kopējā ģenētiskā informācija ir identiska, to izsauc atšķirīgi gēns izteiksme atkarībā no šūnu veida. Tas cita starpā nozīmē, ka a aknas piemēram, tiek dekodēta tikai ģenētiskā informācija aknu darbībai, bet visa pārējā informācija paliek nelasīta. Diferencēšanu ietekmē dažādi ārēji vai iekšēji faktori. Hormoni un izaugsmes faktoriem, piemēram, ir svarīga loma. Šūnu kontakti ar kaimiņu šūnām nosaka arī diferenciācijas virzienu. Noteiktos apstākļos var notikt transdeterminācija. Šajā gadījumā tiek mainīta šūnu noteikšana. Tam ir nozīme it īpaši brūču dziedēšana. Šādos gadījumos, ja šūnas jau ir diferencētas, tās zaudē diferenciāciju un atkal diferencējas. Tomēr, ja šis process ir traucēts, vēzis var notikt. Diferencēšana ir būtiska, lai organisms vispār darbotos kā vienota bioloģiskā sistēma.
Slimības un traucējumi
Šūnu diferenciācijas laikā var rasties iespējami traucējumi vadīt orgānu malformācijām embrioģenēzes laikā. Tādējādi ir daži ģenētiskās slimības ar vairākām orgānu displāzijām. Papildus malformācijām iekšējie orgāni, ārējais izskats bieži ir neharmonisks. Tomēr orgānu malformācijām ir arī ģenētiski cēloņi. Viens piemērs ir nieru agenēze, ja nav amnija šķidrums. Tā kā cilvēks embrijs var attīstīties tikai amnija šķidrums, vietas trūkuma dēļ šeit rodas bojāta orgānu diferenciācija, un tiek ietekmēti arī citi orgāni un audi. Narkotikas var arī izjaukt diferenciācijas procesu embriogenēzes laikā. Labi pazīstams piemērs ir trankvilizators talidomīds, kas nodarīja kaitējumu augļa attīstībai auglis laikā grūtniecības sākumā. Tas kļuva publisks 1961. gadā ar tā dēvēto talidomīdu skandālu. Tomēr var gadīties arī tā, ka jau diferencētās šūnas diferencējas un pēc tam nekontrolējami vairojas. Šī situācija pastāv vēzis. Jo progresīvāka ir šūnu diferenciācija, jo audzējs ir ļaundabīgāks. Kā minēts iepriekš, dažos gadījumos, kad ir lielāka vajadzība pēc šūnu augšanas, ir nepieciešama de-diferenciācija. Tas, cita starpā, notiek arī brūču dziedēšana. Tomēr šajos procesos de-diferenciācijai atkal seko šūnu diferenciācija. Tomēr, ja diferenciācija neizdodas, attīstās vēzis. Šūnu somatiskās mutācijas var ietekmēt arī gēnus, kas ietekmē diferenciāciju. Tāpēc, novecojot, palielinās vēža attīstības iespējamība.
