Teraz naukowcy z Uniwersytetu Guelph zaczynają rozumieć dlaczego, wskazując jak serca aligatorów korzystają z trudnych wczesnych warunków w jaju, w nowym badaniu opublikowanym w Scientific Reports.
To podstawowe badania, które mają znaczący potencjał, aby przynieść korzyści ludziom.
Alligatory, jak wiele jaszczurek i żółwi, rozpoczynają życie jako jaja zakopane w głębokich gniazdach, z tymi zakopanymi najgłębiej otrzymującymi najmniej tlenu.
„Niska ilość tlenu na tym wczesnym etapie życia wpływa na normalny wzrost i procesy rozwojowe, szczególnie w sercu. W ssakach łożyskowych, takich jak my, zmiany te są negatywne i trwają do dorosłości. Ale u aligatorów widzimy coś innego: te, które mają najmniej tlenu w gnieździe, mogą się rozwijać”, powiedziała Sarah Alderman, adiunkt w Departamencie Biologii Integracyjnej U.G., która kierowała badaniami.
Aligatory, które rozwijają się w warunkach niskiej zawartości tlenu — lub hipoksji — wychodzą z gniazda z sercami, które są większe i silniejsze niż ich rodzeństwo, które miało dostęp do większej ilości powietrza jako embriony. Ich serca również wykonywać lepiej podczas wysiłku, co może pomóc im wstrzymać oddech dłużej lub wytrzymać przez chase.
Co Alderman i jej współpracownicy chcieli zrozumieć, to jakie zmiany występują, które tworzą te silniejsze, bardziej wydajne serca. Więc wyruszyli, aby zidentyfikować, jakie różnice białek oznaczyć niedotlenienie serca gator.
Zespół z Rockefeller Wildlife Refuge w Luizjanie odzyskał jaja aligatorów z mokradeł schronienia i wysłał je do kolegów z University of North Texas. Tam, niektóre z jaj były trzymane w inkubatorach z niedotlenieniem, podczas gdy reszta była hodowana w inkubatorach z normalnym poziomem tlenu.
Zespół U of G otrzymał próbki serc aligatorów i, z finansowaniem z Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), przeanalizował białka wewnątrz tych serc używając metody znanej jako „shotgun proteomics.”
Znaleźli oznaki, że niski poziom tlenu w jaju spowodował przesunięcie w obfitości pewnych kluczowych cząsteczek, które serce wykorzystuje do tworzenia białek serca, do integracji tych białek w swoich komórkach, oraz do szybkiego usuwania i recyklingu wszelkich uszkodzonych białek.
„Zasadniczo, te aligatory ramped się maszyny potrzebne do tych procesów,” Alderman said.
Większość zmian, które znaleźli w sercach zarodków były nadal widoczne dwa lata później w sercach młodocianych aligatorów również podniesione w hipoksji.
Jak również, Alderman znaleźć niedotlenienie serca miał więcej białek zaangażowanych w rozpad lipidów, lub tłuszcze, potrzebne do energy.
„Serca są najbardziej wydajne, gdy spalają tłuszcze na energię,” Alderman powiedział, zauważając, że serca sportowców są szczególnie dobre w tym. „Ale u ludzi, kiedy serce przechodzi w niewydolność, przełącza się na spalanie cukrów.”
Fakt, że serca aligatorów z embrionów wychowanych w niedotlenieniu rozwijają zwiększoną zdolność do wykorzystywania lipidów dla energii w późniejszym życiu może być kluczem do tego, dlaczego niedotlenienie nie jest dla nich szkodliwe, jak podobny stan byłby dla rozwijającego się ludzkiego serca.
Chociaż zespół z Teksasu był w stanie badać aligatory tylko do czasu, gdy miały dwa lata — „Po tym, to staje się trochę niebezpieczne, aby utrzymać aligatory w laboratorium,” Alderman zauważył — wszystkie znaki wskazują na te zmiany w ekspresji białka w sercu jest trwałe.
Prof. Todd Gillis, profesor w Departamencie Biologii Integracyjnej, mówi, że te badania pokazują jak ważne są warunki środowiskowe podczas rozwoju embrionalnego dla późniejszego zdrowia dorosłych.
„Najwyraźniej stresory, które występują na tym wczesnym etapie mają długoterminowe konsekwencje, ponieważ, jak widzimy tutaj, zmieniają biologię zwierzęcia,” powiedział.
Gillis, który jest członkiem-założycielem U of G’s Centre for Cardiovascular Investigations, mówi, że następnym krokiem jest zidentyfikowanie tego, co wyzwala te ważne zmiany w ekspresji białek. Jeśli to może być zidentyfikowane, to otwiera sposób zastosowania ustaleń do ludzi z osłabionym sercem, Gillis powiedział.
„Jeśli można znaleźć sposób, aby włączyć te ścieżki, a następnie utrzymać to, to może być sposób na poprawę funkcji serca i utrzymanie zdrowego serca.”
Ten zespół badawczy niedawno otrzymał fundusze z National Science Foundation w USA, aby kontynuować tę pracę. Alderman z niecierpliwością czeka na kolejną fazę badań, zauważając, że aligatory są fascynujące do studiowania.
„Aligatory przemierzają tę planetę znacznie dłużej niż ludzie i nie zmieniły się zbytnio w tym czasie — więc cokolwiek robią ich serca, robią to naprawdę dobrze.”
.