Vědci z University of Guelph nyní začínají chápat proč a v nové studii publikované v časopise Scientific Reports určují, jak aligátoří srdce těží z náročných podmínek v raném stádiu vývoje vajíčka.
Jedná se o základní výzkum, který má významný potenciál být přínosem pro člověka.
Aligátoři, stejně jako mnoho ještěrů a želv, začínají svůj život jako vejce zahrabaná v hlubokých hnízdech, přičemž ta nejhlouběji zahrabaná dostávají nejméně kyslíku.
„Nízký obsah kyslíku v této rané fázi života ovlivňuje normální růst a vývojové procesy, zejména v srdci. U placentálních savců, jako jsme my, jsou tyto změny negativní a trvají až do dospělosti. U aligátorů však pozorujeme něco jiného: ti, kteří mají v hnízdě nejméně kyslíku, mohou ve skutečnosti prospívat,“ uvedla Sarah Aldermanová, odborná asistentka na katedře integrativní biologie U of G, která studii vedla.
Aligátoři, kteří se vyvíjejí v podmínkách s nízkým obsahem kyslíku – neboli hypoxie – vycházejí z hnízda se srdcem, které je větší a silnější než u jejich sourozenců, kteří měli jako embrya přístup k většímu množství vzduchu. Jejich srdce také lépe funguje při námaze, což jim může pomoci déle zadržet dech nebo vydržet při honičce.
Aldermanová a její spolupracovníci chtěli pochopit, které změny, k nimž dochází, vytvářejí tato silnější a výkonnější srdce. Proto se rozhodli zjistit, jakými rozdíly v bílkovinách se vyznačuje hypoxické aligátoří srdce.
Tým z Rockefellerovy přírodní rezervace v Louisianě získal aligátoří vejce z mokřadů této rezervace a poslal je kolegům z University of North Texas. Tam byla část vajec držena v inkubátorech s hypoxií, zatímco zbytek byl chován v inkubátorech s normální hladinou kyslíku.
Tým U of G obdržel vzorky aligátořích srdcí a s finanční podporou kanadské Rady pro přírodní vědy a inženýrský výzkum (NSERC) analyzoval proteiny uvnitř těchto srdcí pomocí metody známé jako tzv. shotgun proteomika.“
Zjistili známky toho, že nízký obsah kyslíku ve vejci vyvolal změnu v množství určitých klíčových molekul, které srdce používá pro tvorbu srdečních proteinů, pro integraci těchto proteinů do svých buněk a pro rychlé odstranění a recyklaci všech poškozených proteinů.
„V podstatě tito aligátoři zvýšili množství strojů, které pro tyto procesy potřebovali,“ řekl Alderman.
Většina změn, které zjistili v srdcích embryí, byla patrná i o dva roky později v srdcích mladých aligátorů, kteří byli také chováni v hypoxii.
Anderman také zjistil, že hypoxická srdce měla více bílkovin, které se podílejí na odbourávání lipidů neboli tuků potřebných pro energii.
„Srdce jsou nejefektivnější, když spalují tuky pro energii,“ řekl Alderman a poznamenal, že srdce sportovců jsou v tomto ohledu obzvláště dobrá. „Ale u lidí, když srdce přechází do srdečního selhání, přechází na spalování cukrů.“
Skutečnost, že aligátoří srdce z embryí chovaných v hypoxii vyvinou zvýšenou schopnost využívat lipidy pro energii do pozdějšího života, může být klíčem k tomu, proč pro ně hypoxie není škodlivá, jako by podobný stav byl pro vyvíjející se lidské srdce.
Ačkoli texaský tým mohl aligátory studovat jen do jejich dvou let – „potom už je trochu nebezpečné chovat aligátory v laboratoři,“ poznamenal Alderman – vše nasvědčuje tomu, že tyto změny v expresi proteinů v srdci jsou trvalé.
Prof. Todd Gillis, profesor na katedře integrativní biologie, říká, že tento výzkum ukazuje, jak důležité jsou podmínky prostředí během embryonálního vývoje pro následné zdraví dospělého jedince.
„Je zřejmé, že stresory, které se objeví v tomto raném stádiu, mají dlouhodobé následky, protože, jak vidíme zde, mění biologii zvířete,“ řekl.“
Gillis, který je zakládajícím členem Centra pro kardiovaskulární výzkum U of G, říká, že dalším krokem je zjistit, co tyto důležité změny v expresi proteinů vyvolává. Pokud se to podaří zjistit, otevře se cesta k aplikaci těchto poznatků na lidi s oslabeným srdcem, řekl Gillis.
„Pokud by se podařilo najít způsob, jak tyto dráhy zapnout a následně udržet, mohl by to být způsob, jak zlepšit srdeční funkci a udržet srdce zdravé.“
Tento výzkumný tým nedávno získal finanční prostředky od Národní vědecké nadace v USA na pokračování této práce. Alderman se těší na další fázi výzkumu a poznamenává, že studium aligátorů je fascinující.
„Aligátoři chodí po této planetě mnohem déle než lidé a za tu dobu se příliš nezměnili – takže ať už jejich srdce funguje jakkoli, funguje opravdu dobře.“