Човешката хибернация е напълно реална, ето как
Все повече доказателства сочат, че хората могат да имат биологична дарба да се възползват от някои аспекти на хибернацията. Включването на тези механизми може да докара до лекуване на сърдечен арест, да усили продължителността на живота и да помогне на хората да пътуват по-далеч в космоса
Възможно е хората да са запазили биологични механизми за задействане на някои аспекти на хибернацията.
Ако можехме да превъртим еволюционния часовник с милиони години обратно, може би щяхме да открием, че предците ни са имали забележителна линия. Тя не е явна изначало. Но при избрани условия - в случай че храната е била нищожна или е настъпил мраз - е допустимо очите им да натежат, а организмът им да стартира да се забавя, до момента в който най-после се изключат изцяло. Те биха изпаднали в хибернация.
В това нискоенергийно положение през днешния ден хибернаторите могат да се защитят от голям брой закани от вътрешната страна и извън. Екстремният мраз и гладът са явни, само че хибернацията може да се бори и със положения, които тормозят актуалните хора, в това число заболяването на Алцхаймер, инсулт и инфаркт. Тя даже може да е ключът към дълголетието и колонизирането на космоса. Нищо чудно, че някои откриватели се стремят да възстановят тази от дълго време изгубена наша суперсила.
Идеята, че античните хора са можели да хибернират, може да наподобява пресилена, само че от ден на ден доказателства сочат, че доста нехиберниращи бозайници са запазили способността си да влизат в положения на понижен разход на сила, в това число посредством спящи мозъчни сигнални пътища, които забавят метаболизма.
" Разпределението на хибернаторските типове в дървото на бозайниците прави евентуалното умозаключение, че общият предшественик на всички бозайници е бил хибернатор ", декларира (Sandy Martin) от Университета в Колорадо. " Възможно е всички ние да притежаваме този генетичен уред. "
Остава да забележим дали някоя от главните схеми може да бъде задействана задоволително, с цел да ни подари с някои от защитните свойства на хибернацията. Но евентуалните изгоди са прекомерно огромни, с цел да не опитаме.
Хибернацията постоянно се свързва с дребните бозайници, като да вземем за пример таралежите и прилепите, само че тя е публикувана и измежду влечугите, земноводните и даже насекомите. Тя обаче не се поддава на елементарно определение. На немски и доста други езици хибернацията се превежда безусловно като " зимен сън " - и в действителност има бегла аналогия с това. Но да се съпоставя хибернацията със съня е като да се съпоставят круши и ябълки, счита (Vlad Vyazovskiy) от Оксфордския университет, който учи и двете.
" Съществуват критерии за установяване на съня и те са чисто мозъчни, само че хибернацията се дефинира въз основа на метаболизма ", показва Вязовски. " Това значи, че механически може да сте будни и да сте в хибернация или да спите и да сте в хибернация ".
Арктическа земна катерица (Spermophilus parryii), която по време на анабиоза може да намали телесната си температура до -2,9 °C. Кредит: Pxhere
По създание хибернацията се показва в положение, наречено, при което животното понижава физиологичната си интензивност, което се показва в намаление на телесната температура и метаболизма. Продължителността и границите на тези промени. Спадът на телесната температура може да бъде мощен и да продължи седмици или къс и да докара до намаляване единствено с няколко градуса. Съпътстващото намаление на метаболизма може да бъде съвсем цялостно или единствено 10 до 20 %. Нещо повече, някои хибернатори постоянно влизат и излизат от анабиозата в положения на възбуденост, до момента в който други остават с подтиснат метаболизъм.
" Сред хиберниращите бозайници има цяла палитра на хибернация ", отбелязва Матю Реган (Matthew Regan) от Уиверситета в Монреал, Канада.
В единия край е (Ictidomys tridecemlineatus), един от най-изследваните хибернатори, който намалява телесната си температура в поредни цикли на анабиоза и възбуденост, до момента в който доближи малко над температурата на околната среда. Той може да остане в това положение без храна и вода за повече от шест месеца, като прекратява доста телесни функционалности и рециклира основни хранителни субстанции посредством особено приспособени процеси.
В другия завършек на спектъра са огромните типове като мечките. Черната мечка (Ursus americanus) да вземем за пример намалява температурата на вътрешността си с не повече от 6 °C и понижава метаболитните си потребности с една четвърт - забележителна спестовност за такова непретенциозно намаляване на температурата.
Изследователи мерят телесната температура, сърдечната периодичност и интензивността на 14 свободно отглеждащи се кафяви мечки приблизително за 3 години. Мечките фрапантно понижават интензивността и пулса си по време на хибернация, до момента в който телесната температура спада напълно леко. Вертикалните зелени ленти демонстрират интервала, през който мечките са влизали или напускали своите леговища.
Повечето специалисти считат, че в случай че в миналото навлезем в положение на неестествен анабиоза, то ще бъде сходно на това на по-малко рисковите хибернатори като мечките.
" Не е допустимо да се мисли, че хората биха могли да стигнат до равнищата на дребните хибернатори, само че може да се извлече ужасно доста изгода от плиткото метаболитно намаляване на мечката ", изяснява Хана Кери (Hannah Carey) от Университета на Уисконсин.
В частност, тя може да бъде извънредно потребна за пътувания в космоса на дълги дистанции.
Гени за хибернацията
Като начало би трябвало да разберем странните процеси, които протичат в телата на хибернаторите. През последните години напредъкът в тази област е бърз, не на последно място що се отнася до идентифицирането на гените, които вземат участие в него. Санди Мартин е пионер в тази област. В продължение на десетилетия тя събира и замразява тъканни проби, взети от необятен кръг бозайници по време на техния зимен сън.
" Идеята е тъканната банка да бъде деликатно подбрана във времето, тъй че да се получи добра информация за равнищата на генните артикули, които се трансформират през интервала на анабиозата или се трансформират доста бързо по време на интервала на стопляне и се трансформират сезонно ", споделя Мартин.
Голямата цел за Мартин е да проучва тези тъканни проби, с цел да разпознава гените, които задействат превключвателите, контролиращи хибернацията при бозайниците. Веднъж открити, тези гени могат да бъдат изследвани и вероятно модифицирани, с цел да имитират потребните свойства, които хибернацията дава.
Когато Мартин основава своята тъканна банка, дефицитът на технологии и запаси прави това извънредно мъчно. Трудно е било да се изследват повече от един ген по едно и също време или да се откри кои гени се експресират в целия организъм. Сега обаче нещата са разнообразни.
" Инструментите най-сетне се изравняват с опциите за фактически потребление на пробите по ефикасен метод ", отбелязва Мартиня. Напредъкът е изключително огромен в една област на проучванията, наречена сравнителна геномика, която съпоставя цялостните геноми на разнообразни типове, с цел да разпознава значими гени.
Как да влезем в хибернация
Мартин се отдръпва от дейна изследователска активност тази година, само че предава съкровищницата си на една от някогашните си студентки - Катрин Грабек (Katherine Grabek), която е съосновател на стартъп компания за сравнителна геномика, основана в Калифорния, наречена Fauna Bio. Грабек и нейният екип употребяват резултатите от тъканната банка, дружно с доста друга информация, като транскриптоми - описания на другите способи, по които гените основават протеини - и данни за човешки гени, с цел да разпознават цели за медикаменти, които могат да възпроизведат изгодите от хибернацията.
Черните мечки могат да подтиснат метаболизма си без огромно намаляване на температурата. Кредит: Timothy G. Lumley / American Forests (CC BY-NC-ND 4.0)
Така да вземем за пример тринайсетивичестият лалугер рециклира уреята си, с цел да резервира питателните субстанции,, постоянно свързвани с заболяването на Алцхаймер при хората,, която идва с голямото наддаване на тегло преди зимата, и наподобява, когато излиза от зимен сън.
Сравнявайки генома му с геномите на повече от 50 други хиберниращи и нехиберниращи бозайници, Грабек и екипът ѝ към този момент са разпознали молекули, които наподобява защищават от високо кръвно налягане, коронарна болест на сърцето и сърдечни инфекции. С разширението на сбирките от проби и разбора те се надяват да разпознават молекули, свързани с други положения, които засягат човешкото здраве, и в последна сметка да употребяват тези открития за създаване на лечебни медикаменти.
Други евентуални изгоди за медицината идват от проучванията, които имат за цел да схванат измененията, настъпващи в мозъка на хибернаторите. Голяма част от проучванията са ориентирани към невротрансмитер, наименуван аденозин, който, наред с други неща, е обвързван със съня: когато аденозинът се свърже с рецептори в хипокампуса на мозъка, невронната интензивност се забавя и човек се усеща приспивен.
През 2011 година, когато Дрю и сътрудниците ѝ дават на арктическите катерици (Urocitellus parryii) медикаменти, които задействат или потискат тези аденозинови пътища,.
Но има измама: това работи единствено през зимата, когато катериците към този момент са готови за зимен сън. Защо това е по този начин, остава мистерия.
Дрю и екипът ѝ се питат какъв резултат може да има аденозинът при бозайниците, които не спят зимен сън.
За да схванат това, те вършат сходни опити с плъхове. Те не водят до цялостния метаболитен резултат, следен при катериците, само че екипът открива, че повишението на. Освен това при лекарството с аденозин не се следят нежеланите резултати, които нормално се свързват с хипотермията, като трептене и метаболитен стрес.
" Това е в действителност вълнуващо, тъй като механизмът на аденозина е удивително ефикасен ", отбелязва Дрю. Ентусиазмът ѝ е обвързван с обстоятелството, че при хората индуцираната хипотермия се употребява за лекуване на сърдечен арест - и има капацитет да лекува и инсулти - само че медикаментите, които понастоящем се дават за угнетяване на треперенето, не работят при доста ниски температури.
Друг откривател, който се концентрира върху аденозина, е Доменико Тупоне (Domenico Tupone) от Университета за здраве и просвета в Орегон. Той счита, че той е ключът към метаболитната особеност в сърцето на хибернацията, която той назовава " ".
При бозайниците естественият физиологичен отговор на понижаването на температурите е тялото да се обърне към кафявите мазнини, които са цялостни с митохондрии, произвеждащи сила и генериращи топлота. Но по време на хибернация се случва противоположното: охлаждането потиска производството на топлота, а стоплянето го усилва. Тупоне и екипът му откриват, че могат да провокират инверсия на терморегулацията при плъховете, като им дават медикаменти, които задействат аденозиновите пътища.
" Плъховете са сходни на хората във връзка с вътрешните схеми на мозъка ", споделя Тупоне. " Подозираме, че тази скица участва и при хората, само че сме изгубили способността да я задействаме. "
Други откриватели са се насочили към дребна част от мозъчния дънер, наречена, която оказва помощ за контрола на автоматизираните телесни процеси.
Матео Чери (Matteo Cerri) от Университета в Болоня, Италия, и сътрудниците му са открили, че потискането на невронната интензивност на тази област при плъхове и свине може да докара до положение на.
Изследователите са посочили също по този начин, че raphe pallidus - друга основна мозъчна област за управление на хибернацията.
" Всички тези калкулации за нашето метаболитно и енергийно положение потеглят от хипоталамуса, който е по-висша област на мозъка, и отиват в по-стара област на мозъка - мозъчния дънер ", изяснява Чери. " Там попадат в региона raphe pallidus, която провежда отговора на организма. "
Увеличаване на дълголетието
Чери, Тупоне и Дрю се надяват, че откакто научим повече за неврологията на хибернацията, ще можем да преминем оттатък намаляването на производството на топлота към управление на метаболизма по други способи.
Крайната цел ще бъде нов метод за увеличение на дълголетието. Десетилетия наред проучвания върху ограничението на калориите и гладуването разкриха мощна връзка сред метаболизма и продължителността на живота. По-специално е открито, че при дефицит на хранителни субстанции мрежа от метаболитни пътища минава от стимулиране на клетъчния напредък към неговото угнетяване, като подтиква възобновяване и се храни с клетъчен детрит, който нормално предизвиква клетъчни увреждания, водещи до стареене.
Хибернаторите живеят по-дълго от нехибернаторите със същия размер, а демонстрират, че по време на хибернация телата им стареят по-бавно. Това допуска, че по-доброто схващане на анабиозата може да даде нови хрумвания на откривателите, които се занимават с битката със стареенето.
В бъдеще може да бъдат основани медикаменти, които да повлияят на нервната интензивност, обвързвана с хибернацията.
Възможно е даже това да стане посредством потребление на факторите на околната среда, на които разчитат естествените хибернатори, като да вземем за пример годишното време или гладуването, изяснява Чери. Предстои ни дълъг път до цялостното обрисуване и ориентиране на съответните мозъчни вериги, само че към този момент излиза наяве, че не е належащо да сме хибернатори, с цел да се възползваме от преимуществата.
" Тези процеси може да са еволюирали, с цел да усъвършенстват метаболитната гъвкавост за здравето на животните по време на интервалите на анабиоза ", отбелязва Матю Реган. " Но тези процеси не се нуждаят безусловно от анабиоза, с цел да бъдат провокирани или с цел да имат някаква изгода. "
Макар че загадките на хибернацията към момента са доста, напъните да я разберем по-добре най-сетне стартират да набират скорост.
" Хората учат хибернацията от най-малко един век ", споделя Хана Кери. " Но новите технологии вършат нещата доста по-лесни за научно проучване. Тази област е прекомерно значима, с цел да не се опитаме да стигнем колкото се може по-далеч. "
Към космоса
Заедно с напредъка на проучванията на хибернацията се усилва и ползата към нея от страна на галактическите организации, които желаят да защитят астронавтите по време на дълги задачи.
" Имаме същински интерес да разберем това по-добре, тъй като то ще реши някои от нашите проблеми по доста грациозен метод, който другояче би претендирал създаването на нови двигателни системи за редуциране на продължителността на пътуването ", разяснява Леополд Съмърър (Leopold Summerer) от Европейската галактическа организация (ЕКА), който управлява екип, който преглежда новаторски решения за галактически пътувания, като хибернацията.
Ако ЕКА, НАСА или SpaceX желаят да изпратят хора на Марс, астронавтите ще би трябвало да прекарат месеци на дребен галактически транспортен съд с минимално количество храна, в изискванията на микрогравитация, където костите и мускулите им ще се изтощават, в отсъствието на земното магнитно поле. За наслада, те наподобяват доста от изискванията, при които хибернаторите са способни да оцелеят: мечките и катериците могат да - положение, съпътстващо хибернацията, при което скоростта на метаболизма е понижена. Катериците също по този начин. Екипът на Съмърър в този момент ревизира по какъв начин клетките на, с цел да разбере дали анабиозата може да бъде ефикасна тактика за галактически полети.
НАСА също. Една от фирмите, с които си сътрудничи, е SpaceWorks.
Нейният основен изпълнителен шеф Джон Брадфорд (John Bradford) споделя, че задачата на компанията е да се намали телесната температура от 37,5 °C до към 32 °C, което би понижило метаболитната интензивност с към 50 %. Полетът до Марс ще отнеме от четири до шест месеца, изяснява Брадфорд.
" Не считаме, че хората биха могли да се намират в това положение от самото начало. Предвиждаме екипажът да минава през тези двуседмични интервали на продължен сън, да бъде деен за няколко дни и по-късно още веднъж да се върне в стазис. "
Справка:
The Hibernation Continuum: Physiological and Molecular Aspects of Metabolic Plasticity in Mammals` Frank van Breukelen and Sandra L. Martin, PHYSIOLOGY 30: 273–281, 2015; doi:Hibernation in black bears: independence of metabolic suppression from body temperature;
Øivind Tøien 1, John Blake, Dale M Edgar, Dennis A Grahn, H Craig Heller, Brian M Barnes; Science. 2011 Feb 18;331(6019):906-9. doi:.Physiological regulation of tau phosphorylation during hibernation
Bo Su, Xinglong Wang, Kelly L. Drew, George Perry, Mark A. Smith and Xiongwei Zhu; J Neurochem. 2008 Jun 1; 105(6): 2098–2108. doi: Biochemical adaptations of mammalian hibernation: exploring squirrels as a perspective model for naturally induced reversible insulin resistance; C-W. Wu, K.K. Biggar and K.B. Storey; Braz J Med Biol Res. 2013 Jan; 46(1): 1–13.
Published online 2013 Jan 28. doi: Ischemia/reperfusion injury resistance in hibernators is more than an effect of reduced body temperature or winter season; Lori K Bogren and Kelly L Drew; Temperature (Austin). 2014 Jul-Sep; 1(2): 87–88.
Published online 2014 Jul 8. doi: Season Primes the Brain in an Arctic Hibernator to Facilitate Entrance into Torpor Mediated by Adenosine A1 Receptors; Tulasi R. Jinka, Øivind Tøien and Kelly L. Drew; J Neurosci. 2011 Jul 27; 31(30): 10752–10758.
doi: Optimization of Thermolytic Response to A1 Adenosine Receptor Agonists in RatsAn external file that holds a picture, illustration, etc.; Isaac R. Bailey, Bernard Laughlin, Lucille A. Moore,1 Lori K. Bogren,2 Zeinab Barati, and Kelly L. Drew; J Pharmacol Exp Ther. 2017 Sep; 362(3): 424–430. Published online 2017 Sep. doi: Thermoregulatory inversion: a novel thermoregulatory paradigm
Domenico Tupone, Georgina Cano, Shaun F Morrison; Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2017 May 1;312(5):R779-R786. doi:. Epub 2017 Mar 22.Autonomic effects induced by pharmacological activation and inhibition of Raphe Pallidus neurons in anaesthetized adult pigs; Mino Zucchelli, Stefano Bastianini, Domenico Ventrella, Francesca Barone, Alberto Elmi, Noemi Romagnoli, Timna Hitrec, Chiara Berteotti, Alessia Di Cristoforo, Marco Luppi, Roberto Amici, Maria L Bacci, Matteo Cerri; Clin Exp Pharmacol Physiol. 2020 Feb;47(2):281-285. doi: Neurons in the Dorsomedial Hypothalamus Promote, Prolong, and Deepen Torpor in the Mouse
Michael Ambler, Timna Hitrec, Andrew Wilson, Matteo Cerri and Anthony Pickering
Journal of Neuroscience 25 May 2022, 42 (21) 4267-4277; DOI: Big brown bats experience slower epigenetic ageing during hibernation
Isabel R. Sullivan, Danielle M. Adams, Lucas J. S. Greville, Paul A. Faure and Gerald S. Wilkinson
Proceedings of the Royal Society B, Published:10 August 2022 Pinho, G.M., Martin, J.G.A., Farrell, C. et al. Hibernation slows epigenetic ageing in yellow-bellied marmots. Nat Ecol Evol 6, 418–426 (2022). Hibernation as a Tool for Radiation Protection in Space Exploration
Anggraeini Puspitasari, Matteo Cerri, Akihisa Takahashi, Yukari Yoshida, Kenji Hanamura, Walter Tinganelli; Life (Basel). 2021 Jan 14;11(1):54. doi:.Arctic Ground Squirrels Limit Bone Loss during the Prolonged Physical Inactivity Associated with Hibernation
Samantha J Wojda, Richard A Gridley, Meghan E McGee-Lawrence, Thomas D Drummer, Ann Hess, Franziska Kohl, Brian M Barnes, Seth W Donahue; Physiol Biochem Zool. 2016 Jan-Feb;89(1):72-80. doi:. Epub 2015 Dec 14.Hibernation as a Tool for Radiation Protection in Space Exploration
Anggraeini Puspitasari 1 2, Matteo Cerri 3 4, Akihisa Takahashi 2, Yukari Yoshida 2, Kenji Hanamura 5, Walter Tinganelli; Life (Basel). 2021 Jan 14;11(1):54. doi:.
Изтoчник: , Alex Wilkins, NewScientist/
Възможно е хората да са запазили биологични механизми за задействане на някои аспекти на хибернацията.
Ако можехме да превъртим еволюционния часовник с милиони години обратно, може би щяхме да открием, че предците ни са имали забележителна линия. Тя не е явна изначало. Но при избрани условия - в случай че храната е била нищожна или е настъпил мраз - е допустимо очите им да натежат, а организмът им да стартира да се забавя, до момента в който най-после се изключат изцяло. Те биха изпаднали в хибернация.
В това нискоенергийно положение през днешния ден хибернаторите могат да се защитят от голям брой закани от вътрешната страна и извън. Екстремният мраз и гладът са явни, само че хибернацията може да се бори и със положения, които тормозят актуалните хора, в това число заболяването на Алцхаймер, инсулт и инфаркт. Тя даже може да е ключът към дълголетието и колонизирането на космоса. Нищо чудно, че някои откриватели се стремят да възстановят тази от дълго време изгубена наша суперсила.
Идеята, че античните хора са можели да хибернират, може да наподобява пресилена, само че от ден на ден доказателства сочат, че доста нехиберниращи бозайници са запазили способността си да влизат в положения на понижен разход на сила, в това число посредством спящи мозъчни сигнални пътища, които забавят метаболизма.
" Разпределението на хибернаторските типове в дървото на бозайниците прави евентуалното умозаключение, че общият предшественик на всички бозайници е бил хибернатор ", декларира (Sandy Martin) от Университета в Колорадо. " Възможно е всички ние да притежаваме този генетичен уред. "
Остава да забележим дали някоя от главните схеми може да бъде задействана задоволително, с цел да ни подари с някои от защитните свойства на хибернацията. Но евентуалните изгоди са прекомерно огромни, с цел да не опитаме.
Хибернацията постоянно се свързва с дребните бозайници, като да вземем за пример таралежите и прилепите, само че тя е публикувана и измежду влечугите, земноводните и даже насекомите. Тя обаче не се поддава на елементарно определение. На немски и доста други езици хибернацията се превежда безусловно като " зимен сън " - и в действителност има бегла аналогия с това. Но да се съпоставя хибернацията със съня е като да се съпоставят круши и ябълки, счита (Vlad Vyazovskiy) от Оксфордския университет, който учи и двете.
" Съществуват критерии за установяване на съня и те са чисто мозъчни, само че хибернацията се дефинира въз основа на метаболизма ", показва Вязовски. " Това значи, че механически може да сте будни и да сте в хибернация или да спите и да сте в хибернация ".
Арктическа земна катерица (Spermophilus parryii), която по време на анабиоза може да намали телесната си температура до -2,9 °C. Кредит: PxhereПо създание хибернацията се показва в положение, наречено, при което животното понижава физиологичната си интензивност, което се показва в намаление на телесната температура и метаболизма. Продължителността и границите на тези промени. Спадът на телесната температура може да бъде мощен и да продължи седмици или къс и да докара до намаляване единствено с няколко градуса. Съпътстващото намаление на метаболизма може да бъде съвсем цялостно или единствено 10 до 20 %. Нещо повече, някои хибернатори постоянно влизат и излизат от анабиозата в положения на възбуденост, до момента в който други остават с подтиснат метаболизъм.
" Сред хиберниращите бозайници има цяла палитра на хибернация ", отбелязва Матю Реган (Matthew Regan) от Уиверситета в Монреал, Канада.
В единия край е (Ictidomys tridecemlineatus), един от най-изследваните хибернатори, който намалява телесната си температура в поредни цикли на анабиоза и възбуденост, до момента в който доближи малко над температурата на околната среда. Той може да остане в това положение без храна и вода за повече от шест месеца, като прекратява доста телесни функционалности и рециклира основни хранителни субстанции посредством особено приспособени процеси.
В другия завършек на спектъра са огромните типове като мечките. Черната мечка (Ursus americanus) да вземем за пример намалява температурата на вътрешността си с не повече от 6 °C и понижава метаболитните си потребности с една четвърт - забележителна спестовност за такова непретенциозно намаляване на температурата.
Изследователи мерят телесната температура, сърдечната периодичност и интензивността на 14 свободно отглеждащи се кафяви мечки приблизително за 3 години. Мечките фрапантно понижават интензивността и пулса си по време на хибернация, до момента в който телесната температура спада напълно леко. Вертикалните зелени ленти демонстрират интервала, през който мечките са влизали или напускали своите леговища.
Повечето специалисти считат, че в случай че в миналото навлезем в положение на неестествен анабиоза, то ще бъде сходно на това на по-малко рисковите хибернатори като мечките.
" Не е допустимо да се мисли, че хората биха могли да стигнат до равнищата на дребните хибернатори, само че може да се извлече ужасно доста изгода от плиткото метаболитно намаляване на мечката ", изяснява Хана Кери (Hannah Carey) от Университета на Уисконсин.
В частност, тя може да бъде извънредно потребна за пътувания в космоса на дълги дистанции.
Гени за хибернацията
Като начало би трябвало да разберем странните процеси, които протичат в телата на хибернаторите. През последните години напредъкът в тази област е бърз, не на последно място що се отнася до идентифицирането на гените, които вземат участие в него. Санди Мартин е пионер в тази област. В продължение на десетилетия тя събира и замразява тъканни проби, взети от необятен кръг бозайници по време на техния зимен сън.
" Идеята е тъканната банка да бъде деликатно подбрана във времето, тъй че да се получи добра информация за равнищата на генните артикули, които се трансформират през интервала на анабиозата или се трансформират доста бързо по време на интервала на стопляне и се трансформират сезонно ", споделя Мартин.
Голямата цел за Мартин е да проучва тези тъканни проби, с цел да разпознава гените, които задействат превключвателите, контролиращи хибернацията при бозайниците. Веднъж открити, тези гени могат да бъдат изследвани и вероятно модифицирани, с цел да имитират потребните свойства, които хибернацията дава.
Когато Мартин основава своята тъканна банка, дефицитът на технологии и запаси прави това извънредно мъчно. Трудно е било да се изследват повече от един ген по едно и също време или да се откри кои гени се експресират в целия организъм. Сега обаче нещата са разнообразни.
" Инструментите най-сетне се изравняват с опциите за фактически потребление на пробите по ефикасен метод ", отбелязва Мартиня. Напредъкът е изключително огромен в една област на проучванията, наречена сравнителна геномика, която съпоставя цялостните геноми на разнообразни типове, с цел да разпознава значими гени.
Как да влезем в хибернация
Мартин се отдръпва от дейна изследователска активност тази година, само че предава съкровищницата си на една от някогашните си студентки - Катрин Грабек (Katherine Grabek), която е съосновател на стартъп компания за сравнителна геномика, основана в Калифорния, наречена Fauna Bio. Грабек и нейният екип употребяват резултатите от тъканната банка, дружно с доста друга информация, като транскриптоми - описания на другите способи, по които гените основават протеини - и данни за човешки гени, с цел да разпознават цели за медикаменти, които могат да възпроизведат изгодите от хибернацията.
Черните мечки могат да подтиснат метаболизма си без огромно намаляване на температурата. Кредит: Timothy G. Lumley / American Forests (CC BY-NC-ND 4.0)
Така да вземем за пример тринайсетивичестият лалугер рециклира уреята си, с цел да резервира питателните субстанции,, постоянно свързвани с заболяването на Алцхаймер при хората,, която идва с голямото наддаване на тегло преди зимата, и наподобява, когато излиза от зимен сън.
Сравнявайки генома му с геномите на повече от 50 други хиберниращи и нехиберниращи бозайници, Грабек и екипът ѝ към този момент са разпознали молекули, които наподобява защищават от високо кръвно налягане, коронарна болест на сърцето и сърдечни инфекции. С разширението на сбирките от проби и разбора те се надяват да разпознават молекули, свързани с други положения, които засягат човешкото здраве, и в последна сметка да употребяват тези открития за създаване на лечебни медикаменти.
Други евентуални изгоди за медицината идват от проучванията, които имат за цел да схванат измененията, настъпващи в мозъка на хибернаторите. Голяма част от проучванията са ориентирани към невротрансмитер, наименуван аденозин, който, наред с други неща, е обвързван със съня: когато аденозинът се свърже с рецептори в хипокампуса на мозъка, невронната интензивност се забавя и човек се усеща приспивен.
През 2011 година, когато Дрю и сътрудниците ѝ дават на арктическите катерици (Urocitellus parryii) медикаменти, които задействат или потискат тези аденозинови пътища,.
Но има измама: това работи единствено през зимата, когато катериците към този момент са готови за зимен сън. Защо това е по този начин, остава мистерия.
Дрю и екипът ѝ се питат какъв резултат може да има аденозинът при бозайниците, които не спят зимен сън.
За да схванат това, те вършат сходни опити с плъхове. Те не водят до цялостния метаболитен резултат, следен при катериците, само че екипът открива, че повишението на. Освен това при лекарството с аденозин не се следят нежеланите резултати, които нормално се свързват с хипотермията, като трептене и метаболитен стрес.
" Това е в действителност вълнуващо, тъй като механизмът на аденозина е удивително ефикасен ", отбелязва Дрю. Ентусиазмът ѝ е обвързван с обстоятелството, че при хората индуцираната хипотермия се употребява за лекуване на сърдечен арест - и има капацитет да лекува и инсулти - само че медикаментите, които понастоящем се дават за угнетяване на треперенето, не работят при доста ниски температури.
Друг откривател, който се концентрира върху аденозина, е Доменико Тупоне (Domenico Tupone) от Университета за здраве и просвета в Орегон. Той счита, че той е ключът към метаболитната особеност в сърцето на хибернацията, която той назовава " ".
При бозайниците естественият физиологичен отговор на понижаването на температурите е тялото да се обърне към кафявите мазнини, които са цялостни с митохондрии, произвеждащи сила и генериращи топлота. Но по време на хибернация се случва противоположното: охлаждането потиска производството на топлота, а стоплянето го усилва. Тупоне и екипът му откриват, че могат да провокират инверсия на терморегулацията при плъховете, като им дават медикаменти, които задействат аденозиновите пътища.
" Плъховете са сходни на хората във връзка с вътрешните схеми на мозъка ", споделя Тупоне. " Подозираме, че тази скица участва и при хората, само че сме изгубили способността да я задействаме. "
Други откриватели са се насочили към дребна част от мозъчния дънер, наречена, която оказва помощ за контрола на автоматизираните телесни процеси.
Матео Чери (Matteo Cerri) от Университета в Болоня, Италия, и сътрудниците му са открили, че потискането на невронната интензивност на тази област при плъхове и свине може да докара до положение на.
Изследователите са посочили също по този начин, че raphe pallidus - друга основна мозъчна област за управление на хибернацията.
" Всички тези калкулации за нашето метаболитно и енергийно положение потеглят от хипоталамуса, който е по-висша област на мозъка, и отиват в по-стара област на мозъка - мозъчния дънер ", изяснява Чери. " Там попадат в региона raphe pallidus, която провежда отговора на организма. "
Увеличаване на дълголетието
Чери, Тупоне и Дрю се надяват, че откакто научим повече за неврологията на хибернацията, ще можем да преминем оттатък намаляването на производството на топлота към управление на метаболизма по други способи.
Крайната цел ще бъде нов метод за увеличение на дълголетието. Десетилетия наред проучвания върху ограничението на калориите и гладуването разкриха мощна връзка сред метаболизма и продължителността на живота. По-специално е открито, че при дефицит на хранителни субстанции мрежа от метаболитни пътища минава от стимулиране на клетъчния напредък към неговото угнетяване, като подтиква възобновяване и се храни с клетъчен детрит, който нормално предизвиква клетъчни увреждания, водещи до стареене.
Хибернаторите живеят по-дълго от нехибернаторите със същия размер, а демонстрират, че по време на хибернация телата им стареят по-бавно. Това допуска, че по-доброто схващане на анабиозата може да даде нови хрумвания на откривателите, които се занимават с битката със стареенето.
В бъдеще може да бъдат основани медикаменти, които да повлияят на нервната интензивност, обвързвана с хибернацията.
Възможно е даже това да стане посредством потребление на факторите на околната среда, на които разчитат естествените хибернатори, като да вземем за пример годишното време или гладуването, изяснява Чери. Предстои ни дълъг път до цялостното обрисуване и ориентиране на съответните мозъчни вериги, само че към този момент излиза наяве, че не е належащо да сме хибернатори, с цел да се възползваме от преимуществата.
" Тези процеси може да са еволюирали, с цел да усъвършенстват метаболитната гъвкавост за здравето на животните по време на интервалите на анабиоза ", отбелязва Матю Реган. " Но тези процеси не се нуждаят безусловно от анабиоза, с цел да бъдат провокирани или с цел да имат някаква изгода. "
Макар че загадките на хибернацията към момента са доста, напъните да я разберем по-добре най-сетне стартират да набират скорост.
" Хората учат хибернацията от най-малко един век ", споделя Хана Кери. " Но новите технологии вършат нещата доста по-лесни за научно проучване. Тази област е прекомерно значима, с цел да не се опитаме да стигнем колкото се може по-далеч. "
Към космоса
Заедно с напредъка на проучванията на хибернацията се усилва и ползата към нея от страна на галактическите организации, които желаят да защитят астронавтите по време на дълги задачи.
" Имаме същински интерес да разберем това по-добре, тъй като то ще реши някои от нашите проблеми по доста грациозен метод, който другояче би претендирал създаването на нови двигателни системи за редуциране на продължителността на пътуването ", разяснява Леополд Съмърър (Leopold Summerer) от Европейската галактическа организация (ЕКА), който управлява екип, който преглежда новаторски решения за галактически пътувания, като хибернацията.
Ако ЕКА, НАСА или SpaceX желаят да изпратят хора на Марс, астронавтите ще би трябвало да прекарат месеци на дребен галактически транспортен съд с минимално количество храна, в изискванията на микрогравитация, където костите и мускулите им ще се изтощават, в отсъствието на земното магнитно поле. За наслада, те наподобяват доста от изискванията, при които хибернаторите са способни да оцелеят: мечките и катериците могат да - положение, съпътстващо хибернацията, при което скоростта на метаболизма е понижена. Катериците също по този начин. Екипът на Съмърър в този момент ревизира по какъв начин клетките на, с цел да разбере дали анабиозата може да бъде ефикасна тактика за галактически полети.
НАСА също. Една от фирмите, с които си сътрудничи, е SpaceWorks.
Нейният основен изпълнителен шеф Джон Брадфорд (John Bradford) споделя, че задачата на компанията е да се намали телесната температура от 37,5 °C до към 32 °C, което би понижило метаболитната интензивност с към 50 %. Полетът до Марс ще отнеме от четири до шест месеца, изяснява Брадфорд.
" Не считаме, че хората биха могли да се намират в това положение от самото начало. Предвиждаме екипажът да минава през тези двуседмични интервали на продължен сън, да бъде деен за няколко дни и по-късно още веднъж да се върне в стазис. "
Справка:
The Hibernation Continuum: Physiological and Molecular Aspects of Metabolic Plasticity in Mammals` Frank van Breukelen and Sandra L. Martin, PHYSIOLOGY 30: 273–281, 2015; doi:Hibernation in black bears: independence of metabolic suppression from body temperature;
Øivind Tøien 1, John Blake, Dale M Edgar, Dennis A Grahn, H Craig Heller, Brian M Barnes; Science. 2011 Feb 18;331(6019):906-9. doi:.Physiological regulation of tau phosphorylation during hibernation
Bo Su, Xinglong Wang, Kelly L. Drew, George Perry, Mark A. Smith and Xiongwei Zhu; J Neurochem. 2008 Jun 1; 105(6): 2098–2108. doi: Biochemical adaptations of mammalian hibernation: exploring squirrels as a perspective model for naturally induced reversible insulin resistance; C-W. Wu, K.K. Biggar and K.B. Storey; Braz J Med Biol Res. 2013 Jan; 46(1): 1–13.
Published online 2013 Jan 28. doi: Ischemia/reperfusion injury resistance in hibernators is more than an effect of reduced body temperature or winter season; Lori K Bogren and Kelly L Drew; Temperature (Austin). 2014 Jul-Sep; 1(2): 87–88.
Published online 2014 Jul 8. doi: Season Primes the Brain in an Arctic Hibernator to Facilitate Entrance into Torpor Mediated by Adenosine A1 Receptors; Tulasi R. Jinka, Øivind Tøien and Kelly L. Drew; J Neurosci. 2011 Jul 27; 31(30): 10752–10758.
doi: Optimization of Thermolytic Response to A1 Adenosine Receptor Agonists in RatsAn external file that holds a picture, illustration, etc.; Isaac R. Bailey, Bernard Laughlin, Lucille A. Moore,1 Lori K. Bogren,2 Zeinab Barati, and Kelly L. Drew; J Pharmacol Exp Ther. 2017 Sep; 362(3): 424–430. Published online 2017 Sep. doi: Thermoregulatory inversion: a novel thermoregulatory paradigm
Domenico Tupone, Georgina Cano, Shaun F Morrison; Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2017 May 1;312(5):R779-R786. doi:. Epub 2017 Mar 22.Autonomic effects induced by pharmacological activation and inhibition of Raphe Pallidus neurons in anaesthetized adult pigs; Mino Zucchelli, Stefano Bastianini, Domenico Ventrella, Francesca Barone, Alberto Elmi, Noemi Romagnoli, Timna Hitrec, Chiara Berteotti, Alessia Di Cristoforo, Marco Luppi, Roberto Amici, Maria L Bacci, Matteo Cerri; Clin Exp Pharmacol Physiol. 2020 Feb;47(2):281-285. doi: Neurons in the Dorsomedial Hypothalamus Promote, Prolong, and Deepen Torpor in the Mouse
Michael Ambler, Timna Hitrec, Andrew Wilson, Matteo Cerri and Anthony Pickering
Journal of Neuroscience 25 May 2022, 42 (21) 4267-4277; DOI: Big brown bats experience slower epigenetic ageing during hibernation
Isabel R. Sullivan, Danielle M. Adams, Lucas J. S. Greville, Paul A. Faure and Gerald S. Wilkinson
Proceedings of the Royal Society B, Published:10 August 2022 Pinho, G.M., Martin, J.G.A., Farrell, C. et al. Hibernation slows epigenetic ageing in yellow-bellied marmots. Nat Ecol Evol 6, 418–426 (2022). Hibernation as a Tool for Radiation Protection in Space Exploration
Anggraeini Puspitasari, Matteo Cerri, Akihisa Takahashi, Yukari Yoshida, Kenji Hanamura, Walter Tinganelli; Life (Basel). 2021 Jan 14;11(1):54. doi:.Arctic Ground Squirrels Limit Bone Loss during the Prolonged Physical Inactivity Associated with Hibernation
Samantha J Wojda, Richard A Gridley, Meghan E McGee-Lawrence, Thomas D Drummer, Ann Hess, Franziska Kohl, Brian M Barnes, Seth W Donahue; Physiol Biochem Zool. 2016 Jan-Feb;89(1):72-80. doi:. Epub 2015 Dec 14.Hibernation as a Tool for Radiation Protection in Space Exploration
Anggraeini Puspitasari 1 2, Matteo Cerri 3 4, Akihisa Takahashi 2, Yukari Yoshida 2, Kenji Hanamura 5, Walter Tinganelli; Life (Basel). 2021 Jan 14;11(1):54. doi:.
Изтoчник: , Alex Wilkins, NewScientist/
Източник: novinite.bg
КОМЕНТАРИ