Секреты метаболизма животных во время спячки могут когда-нибудь помочь человеческой медицине
Арктические суслики могут пережить суровые зимы с отрицательными температурами, скрываясь в течение восьми месяцев без еды. Эти гибернаторы «живут на самом краю существования, едва колеблясь над смертью, и мы до конца не понимаем, как это работает», - говорит Сара Райс, биохимик из Университета Аляски в Фэрбенксе.
Следя за тем, что происходит внутри этих белок, исследователи получили лучшее представление. Питательные вещества, переработанные в результате распада мышц, помогают животным выживать во время спячки, сообщает Райс и ее коллеги 7 декабря в журнале Nature Metabolism.
С осени до весны арктические суслики (Urocitellus parryii) впадают в спячку в приступах глубокой апатии. В состоянии, похожем на анабиоз, белки дышат всего раз в минуту, а их сердца бьются пять раз в минуту. Каждые две или три недели белки немного оживают примерно на 12-24 часа; температура их тела повышается, животные дрожат и спят, но не едят, не пьют и не испражняются.
Чтобы следить за химическим составом тела животных, «я работала в темных, холодных камерах - совершенно тихих - в окружении зимующих белок», - говорит Райс. Периодически она осторожно брала кровь из трубки, вставленной в их кровеносные сосуды.
Во время оцепенения белок Райс и ее команда наблюдали химический сигнал, показывающий, что скелетные мышцы медленно разрушаются. Этот процесс высвобождает соединения, содержащие азот, элемент, важный для производства белков, содержащихся в мышцах. Но известно, что впадающие в спячку, в том числе и эти белки, сохраняют мышечную массу во время спячки (SN: 17.02.11). Поэтому ученые задались вопросом, создают ли белки новые запасы белка во время спячки, и если да, то каким образом.
Отслеживание потока азота в телах животных дало подсказки. Исследователи дали тварям коктейль из химических веществ, помеченных изотопами, формами элементов, имеющими разную массу. Это показало, что азот превращается в аминокислоты, строительные блоки белков, которые образуются в мышцах животных, а также в легких, почках и других частях тела в те короткие периоды между приступами оцепенения.
Перерабатывая питательные вещества из своих мышц, белки поддерживают себя, а также избегают токсических последствий распада мышц, говорит член команды Келли Дрю, нейрохимик из Университета Аляски в Фэрбенксе. В противном случае во время гибернации азот превратился бы в аммиак, который может достичь потенциально смертельного уровня. Вместо этого белки способны включать этот азот в новые молекулы, говорит она.
Другие исследования указывают на роль микробиома - микробов, живущих на животных и внутри них - в переработке азота во время спячки животных, говорит Джеймс Стейплз, физиолог-эколог из Западного университета в Лондоне, Канада, который не было частью работы. Как правило, расщепление белков в конечном итоге приводит к образованию мочевины, азотсодержащего химического вещества, которое выводится из организма. Микробы могут утилизировать эту мочевину и высвобождать ее азот обратно в кровь. Но у белок мышцы «расщепляются, а затем перерабатываются непосредственно обратно в эти аминокислоты… кишечный микробиом может быть не таким важным, как мы думали раньше».
Наблюдения за гибернаторами могут когда-нибудь помочь людям, говорит Сэнди Мартин, биохимик из Медицинской школы Университета Колорадо в Авроре, которая не участвовала в исследовании.«Спящие люди настолько необычны» в своей способности выдерживать условия, к которым люди чрезвычайно чувствительны, говорит она (SN: 12/19/17). Например, такие животные, как эти белки, гораздо более устойчивы к вреду, который может возникнуть, когда органы не получают необходимого притока крови и кислорода. По ее словам, использование подходов, подобных гибернации, может оказаться полезным в тех случаях, когда более медленный метаболизм был бы полезен, от обычной хирургии до длительных космических полетов.