A Guelphi Egyetem kutatói most kezdik megérteni, hogy miért, és a Scientific Reports című folyóiratban megjelent új tanulmányukban pontosan meghatározzák, hogy az alligátorok szíve hogyan profitál a tojásban uralkodó kemény korai körülményekből.
Ez egy olyan alapkutatás, amely jelentős potenciállal bír az emberek számára is.
Az aligátorok, sok gyíkhoz és teknőshöz hasonlóan, mély fészekben eltemetett petékként kezdik életüket, és a legmélyebben eltemetett tojások kapják a legkevesebb oxigént.
“Az alacsony oxigénszint ebben a korai életszakaszban befolyásolja a normális növekedési és fejlődési folyamatokat, különösen a szívben. A hozzánk hasonló méhlepényes emlősöknél ezek a változások negatívak és a felnőttkorig tartanak. Az aligátoroknál azonban valami mást látunk: azok, amelyeknél a legkevesebb oxigén van a fészekben, talán még gyarapodnak is” – mondta Sarah Alderman, az U of G Integratív Biológia Tanszékének adjunktusa, a tanulmány vezetője.
Az alacsony oxigénszintű körülmények között – vagyis hipoxiában – fejlődő aligátorok nagyobb és erősebb szívvel kerülnek ki a fészekből, mint azok a testvéreik, amelyek embrióként több levegőhöz jutottak. Szívük megerőltetés közben is jobban teljesít, ami segíthet nekik abban, hogy tovább tartsák vissza a lélegzetüket, vagy kitartsanak egy üldözés során.
Azt szerették volna megérteni Alderman és munkatársai, hogy milyen változások következnek be, amelyek ezeket az erősebb, hatékonyabb szíveket hozzák létre. Ezért nekiláttak, hogy meghatározzák, milyen fehérje különbségek jellemzik a hipoxiás aligátorok szívét.
A louisianai Rockefeller Wildlife Refuge csapata alligátortojásokat gyűjtött a menedékhely vizes élőhelyeiről, és elküldte őket az Észak-Texasi Egyetem munkatársainak. Ott az ikrák egy részét hipoxiás inkubátorokban tartották, míg a többit normál oxigénszintű inkubátorokban nevelték.
A U of G csapata mintákat kapott az aligátorszívekből, és a Kanadai Természettudományi és Műszaki Kutatási Tanács (NSERC) finanszírozásával elemezték a szívekben lévő fehérjéket az úgynevezett “shotgun proteomics” módszerrel.”
Megállapították annak jeleit, hogy az alacsony oxigénszint az ikrában változást idézett elő bizonyos kulcsfontosságú molekulák gyakoriságában, amelyeket a szív a szívfehérjék előállításához, e fehérjéknek a sejtekbe való beépüléséhez, valamint a sérült fehérjék gyors eltávolításához és újrahasznosításához használ.
“Lényegében ezek az aligátorok felturbózták az ezekhez a folyamatokhoz szükséges gépezetet” – mondta Alderman.”
A legtöbb változás, amit az embriók szívében találtak, két évvel később is látható volt a szintén hipoxiában nevelt fiatal aligátorok szívében.
Az Alderman szerint a hipoxiás szívekben több volt az energiához szükséges lipidek, vagyis zsírok lebontásában részt vevő fehérje.
“A szívek akkor a leghatékonyabbak, amikor zsírokat égetnek el energiaként” – mondta Alderman, megjegyezve, hogy a sportolók szíve különösen jó ebben. “De az embereknél, amikor a szív szívelégtelenségbe fejlődik, átáll a cukorégetésre.”
A tény, hogy a hipoxiában felnevelt embriókból származó alligátorszíveknél a későbbi életkorban megnő a lipidek energiafelhasználásának képessége, kulcsfontosságú lehet abban, hogy a hipoxia miért nem káros számukra, mint ahogy a hasonló állapot a fejlődő emberi szívre lett volna.
Bár a texasi csapat csak kétéves korukig tudta vizsgálni az aligátorokat – “utána már kissé veszélyessé válik az aligátorok laboratóriumban tartása” -, Alderman megjegyezte, minden jel arra utal, hogy a szívben a fehérjeexpresszióban bekövetkező változások tartósak.
Todd Gillis professzor, az Integratív Biológia Tanszék professzora szerint ez a kutatás megmutatja, hogy az embrionális fejlődés során a környezeti feltételek milyen fontosak a felnőtt egyed későbbi egészségi állapotára nézve.
“Nyilvánvaló, hogy az ebben a korai szakaszban fellépő stresszoroknak hosszú távú következményei vannak, mert, ahogy itt látjuk, megváltoztatja az állat biológiáját” – mondta.
Gillis, aki a U of G Kardiovaszkuláris Vizsgálatok Központjának alapító tagja, azt mondja, a következő lépés annak azonosítása, hogy mi váltja ki ezeket a fontos változásokat a fehérjeexpresszióban. Ha ezt sikerül azonosítani, az lehetőséget nyit arra, hogy az eredményeket a legyengült szívű emberekre is alkalmazzák, mondta Gillis.
“Ha megtalálnánk a módját annak, hogy bekapcsoljuk ezeket az útvonalakat, majd ezt fenntartjuk, az egy módja lehetne a szívműködés javításának és a szív egészségének megőrzésének.”
A kutatócsoport nemrég kapott támogatást az amerikai Nemzeti Tudományos Alapítványtól a munka folytatására. Alderman várakozással tekint a kutatás következő szakasza elé, megjegyezve, hogy az aligátorokat lenyűgöző tanulmányozni.
“Az aligátorok sokkal régebb óta járnak ezen a bolygón, mint az emberek, és ez idő alatt nem sokat változtak – tehát bármit is csinál a szívük, nagyon jól csinálják.”