Diferenciácia v biológii charakterizuje transformáciu zo zle diferencovaného do vysoko diferencovaného stavu. Tento proces má zvláštny význam počas vývoja oplodneného vajíčka na kompletný organizmus. Poruchy v procese diferenciácie môžu viesť na závažné choroby ako napr rakovina alebo malformácie.
Čo je to diferenciácia?
Biologická diferenciácia je o špecializácii nediferencovaných kmeňových buniek na diferencované somatické bunky. Biologická diferenciácia je o špecializácii nediferencovaných kmeňových buniek na diferencované somatické bunky. Najmä počas embryogenézy a následného rastu majú tieto procesy významnú úlohu. Diferenciálne procesy sú však stále dôležité pre udržanie funkcií tela v dospelých organizmoch. Spočiatku nediferencované kmeňové bunky stále majú schopnosť transformovať sa do všetkých ostatných buniek tela. V tomto procese vedie niekoľko diferenciačných procesov k vzniku špecializovaných buniek tela, ktoré tvoria rôzne orgány a nakoniec strácajú schopnosť delenia. Existuje niekoľko druhov kmeňových buniek. Napríklad takzvané totipotentné kmeňové bunky sú stále schopné premeniť každý na kompletný organizmus. Pluripotentné kmeňové bunky sa zasa môžu stále diferencovať na všetky bunky tela. Už však nie je možné, aby sa z nich vyvinuli jednotlivé organizmy. Multipotentné kmeňové bunky už dosiahli určitú diferenciáciu na špecifickú bunkovú líniu. Stále sa však môžu diferencovať na všetky ostatné bunky tejto bunkovej línie.
Funkcia a úloha
Biologická diferenciácia predstavuje jeden z najdôležitejších procesov vo vývoji rastlinných, živočíšnych alebo ľudských organizmov. Počas tohto procesu sa okrem iného v niekoľkých krokoch z oplodnenej vaječnej bunky vyvinú čoraz viac diferencované somatické bunky. Oplodnená vajíčková bunka je prvou totipotentnou kmeňovou bunkou, ktorá spočiatku prechádza bunkovým delením na štyri identické bunky. Každá z týchto štyroch buniek sa môže vyvinúť do úplného geneticky identického organizmu. Po dosiahnutí štvorbunkového štádia nastáva tvorba blastocysty, ktorá pozostáva z pluripotentných embryonálnych kmeňových buniek. Tieto pluripotentné kmeňové bunky sa môžu vyvinúť v ďalšom štádiu diferenciácie na tri zárodočné vrstvy ektodermu, entodermu a mezodermu a predstavujú tak východiskový bod pre všetky ďalšie bunky tela. Avšak na rozdiel od totipotentných kmeňových buniek tieto už stratili schopnosť vyvinúť sa do geneticky identických nezávislých organizmov. Tieto tri kotyledóny vedú k ďalším bunkovým líniám, ktoré spočiatku pozostávajú z multipotentných kmeňových buniek. V tomto procese sú multipotentné kmeňové bunky schopné vyvinúť sa do všetkých bunkových typov príslušnej bunkovej línie. Tieto bunky už nemajú schopnosť transformovať sa do všetkých ostatných somatických buniek, pretože už dosiahli vyšší stupeň diferenciácie ako pluripotentné kmeňové bunky. V živočíšnych a ľudských organizmoch je proces diferenciácie spojený s určením. Stanovenie sa týka špecifikácie špecializácie hneď po jej získaní, pričom ďalší vývoj bunkových línií sa odovzdáva epigenetickými prostriedkami. Samozrejme, bunky, ktoré už boli vopred diferencované, sa budú v rámci svojho stanovenia naďalej diferencovať na bunky zodpovedajúcej bunkovej línie. Aj keď je celková genetická informácia každej bunky totožná, vyvoláva ju odlišne gen výraz v závislosti od typu bunky. To okrem iného znamená, že v a pečeň bunka je napríklad dekódovaná iba genetická informácia o funkcii pečene, zatiaľ čo všetky ostatné informácie zostávajú neprečítané. Diferenciáciu ovplyvňujú rôzne vonkajšie alebo vnútorné faktory. Hormóny dôležitú úlohu zohrávajú napríklad rastové faktory. Kontakty bunky so susednými bunkami tiež určujú smer diferenciácie. Za určitých podmienok môže dôjsť k transdeterminácii. V tomto prípade sa určenie bunky zmení. Toto zohráva úlohu najmä v hojenie rán. V týchto prípadoch, ak sú bunky už diferencované, stratia svoju diferenciáciu a znova sa diferencujú. Ak je však tento proces narušený, rakovina môže dôjsť. Diferenciácia je nevyhnutná pre to, aby organizmus vôbec fungoval ako jednotný biologický systém.
Choroby a poruchy
Počas diferenciácie buniek však môžu nastať poruchy, ktoré môžu potenciálne nastať viesť k malformáciám orgánov počas embryogenézy. Existujú teda nejaké genetické choroby s dyspláziami viacerých orgánov. Okrem malformácií vnútorné orgány, vonkajší vzhľad je často disharmonický. Existujú však aj negenetické príčiny malformácií orgánov. Jedným príkladom je renálna agenéza v neprítomnosti plodová voda. Pretože človek embryo sa môže rozvíjať iba v rámci plodová voda, dochádza tu k defektnej orgánovej diferenciácii z dôvodu nedostatku miesta a sú ovplyvnené aj ďalšie orgány a tkanivá. Drogy môže tiež narušiť proces diferenciácie počas embryogenézy. Známym príkladom je sedatívum thalidomid, ktorý poškodil rastový vývoj plod počas skoré tehotenstvo. Toto sa na verejnosť dostalo v roku 1961 takzvaným škandálom s talidomidom. Môže sa však tiež stať, že už diferencované bunky sa diferencujú a potom sa nekontrolovateľne množia. Táto situácia je prítomná v rakovina. Čím pokročilejšia je diferenciácia buniek, tým je malígnejší nádor. Ako už bolo spomenuté, de-diferenciácia je nevyhnutná v niektorých prípadoch, keď je vyššia potreba bunkového rastu. To je prípad, okrem iného, v hojenie rán. Avšak v týchto procesoch nasleduje po diferenciácii opäť diferenciácia buniek. Ak však nedôjde k diferenciácii, vznikne rakovina. Somatické mutácie v bunkách môžu tiež ovplyvňovať gény, ktoré ovplyvňujú diferenciáciu. S pribúdajúcim vekom sa preto zvyšuje pravdepodobnosť vzniku rakoviny.
