Proč znovu objevovat kolo, když příroda má odpověď?
To je to, co výzkumník Michael Janech, Ph. D. z Lékařské univerzity v Jižní Karolíně, zjistil, že je pravdivý, čerpající z oblasti biomimikry, kde výzkumníci hledají v přírodě kreativní řešení lidských problémů.
V případě Janecha pochází jeho přirozená inspirace od delfínů, kteří, jak se zdá, mají ochranné proteiny, které mohou obsahovat vodítka k léčbě nemocí spojených se stárnutím u lidí. Nedávná studie publikovaná v Nature's Scientific Reports z 26. září zjistila, že delfíní sérum obsahuje velmi vysoké hladiny antioxidačních proteinů.
Janech, ředitel MUSC's Nephrology Proteomics Laboratory, řekl, že byl tímto zjištěním překvapen a nadšený z toho, jak by to mohlo být použito v budoucích studiích na pomoc lidem. Delfíni přežijí ponory, které připravují životně důležité orgány o kyslík, aniž by způsobily poškození a které by pro člověka byly smrtelné. Během ponorů, které mohou trvat až 90 minut, mořští savci omezují průtok krve do ledvin, jater, srdce a plic, aby se do mozku dostalo více kyslíku.
Když se mořští savci znovu vynoří, je v těchto orgánech obnoven průtok okysličené krve, aniž by orgány utrpěly poškození. U lidí však stejný jev, jako je hypoxie nebo nedostatek kyslíku s následnou reoxygenací, jako při srdečním infarktu, mrtvici a akutním poranění ledvin, způsobuje uvolňování volných radikálů, o kterých se předpokládá, že poškozují lidské orgány. Janech, výzkumník ledvin a odborník na proteomiku, byl zvědavý, co dává delfínům tuto výhodu.
Proteomika je studium všech proteinů, které jsou kódovány geny, řekl."Pokoušíme se analyzovat všechny proteiny najednou, spíše než jednotlivé proteiny najednou v buňce, tkáni nebo organismu. Je to jako v genomice - když se lidé dívají na 20 000 genů a zjišťují, jestli mají vysoký nebo nízký obsah." určité chorobné stavy. Totéž děláme s určitými proteiny."
To není maličkost.
"Existuje více než 100 000 variant proteinů, ale každý protein lze upravit. Máme více než milion různých variant proteinů založených na modifikacích."
Vzhledem k tomu, že rozmanitost proteinů je tak velká, výzkumníci obvykle vyžadují hmotnostní spektrometry, které pracují s vysokým rozlišením, což umožňuje vyšetřovatelům přesně určit identitu proteinů a dalších sledovaných molekul. Tyto odborné znalosti se hodily při vzniku aktuální studie.
Zatímco Janech spolupracoval s Centrem pro mořské savce v Sausalito v Kalifornii a National Marine Mammal Foundation v San Diegu v Kalifornii na identifikaci biomarkerů u lachtanů postižených toxickými květy řas na západním pobřeží, zjistil, že někteří z řízených delfínů v USA. Program námořních savců S. Navy žili mnohem déle než ti divocí.
S přibývajícím věkem se u nich rozvíjela inzulinová rezistence a ztučnění jater, což je proces konzistentní s rozvojem metabolického syndromu u lidí. Toto pozorování představovalo vzácnou příležitost.
„To není model, který by někdo v přírodě viděl, protože delfíni obvykle v přírodě takto nezestárnou,“řekl Janech.
Janech spojil své síly se Stephanie Venn-Watsonovou, ředitelkou výzkumného programu translační medicíny National Marine Mammal Foundation v San Diegu, a Randallem Wellsem, ředitelem programu pro výzkum delfínů Sarasota na Floridě při Chicago Zoological Society. Venn-Watson je veterinárním expertem na delfíní populace spravované námořnictvem, zatímco Wells je expertem na biologii divokých delfínů.
Společně se skupina pokouší určit příčinu inzulinové rezistence u řízených delfínů a poté využít znalosti podobností mezi lidmi a delfíny k nalezení vodítek pro léčbu tohoto stavu u obou druhů. S finančními prostředky poskytnutými Úřadem pro námořní výzkum začala laboratoř Janech sledovat adiponektin v séru řízené a divoké populace delfínů skákavých.
Hladiny adiponektinu, hormonu senzibilizujícího na inzulín, byly podle předpovědi u řízených delfínů s metabolickým syndromem odlišné ve srovnání s těmi ve volné přírodě. Aby ověřili relevanci své práce pro lidský metabolický syndrom, provedli také jednoduché proteomické analýzy ve vzorcích lidského a delfíního séra.
Vzhledem k tomu, že hlavní proteiny u savců jsou u všech druhů konstantní, očekávali, že nejvyšší koncentrace proteinů bude u obou druhů podobná. To, co našli, když se podívali těsně pod práh, však bylo překvapivé, řekl.
Jedenáct proteinů bylo nejméně 100krát častější v séru delfínů než u lidí. Nejprve to skupina odepsala jako rozdíl v genetickém původu: v některé fylogenetické větvi v evolučním stromě vývoje se někteří savci rozvětvili a vyvinuli se v dvouprsté kopytníky a z některých se stali primáti.
Delfíni skákaví jsou savci pocházející ze sudokopytníků, jako jsou prasata, jeleni a žirafy. Aby si ověřili, že tomu tak je, zmapovali také sérový proteom prasete a byli opět překvapeni. Stonásobné rozdíly v pořadí u 5 proteinů, včetně vaninu-1 a adiponektinu, nebylo možné vysvětlit jednoduchými fylogenetickými rozdíly.
I když je známo, že adiponektin je vyšší u delfínů, jako způsob kontroly ukládání glukózy během krmení byl velmi vysoký obsah vaninu-1 novým zjištěním. Je zajímavé, že příliš vysoké hladiny vaninu-1 korelovaly se sníženou funkcí jater u divokých delfínů, což naznačuje, že poskytují ochranný účinek při vyhýbání se metabolickému syndromu. Ale Janech, Venn-Watson a Wells si také všimli další potenciální potřeby vaninu-1. Funkcí vaninu-1 je vytvářet vitamín B5 a při tom uvolňuje antioxidant, o kterém bylo prokázáno, že chrání tkáně před poškozením, ke kterému dochází po hypoxii a opětovném okysličení při potápění a resurfacingu.
Otázkou je, jestli by to mohlo fungovat také jako pomoc lidem odolávat hypoxii, která způsobuje akutní poškození ledvin, na jehož studium Janech požádal National Science Foundation o grant. On a kolegové shromažďují vzorky od řady různých potápějících se i nepotápějících se mořských savců a savců vázaných na pevninu a také mapují jejich proteomy. Pokračovali ve své současné spolupráci a zahrnovali také postgraduální studenty z College of Charleston's Grice Marine Laboratory a vyšetřovatele z National Institutes of Standards and Technology v Hollings Marine Laboratory, aby jim pomohli s jejich měřeními.
Janech řekl, že z oblasti biomimikry, zvláště ve spojení s proteomikou, se máme hodně co učit.
"Proteiny jsou tažnými koňmi genů. Takto gen zajišťuje funkci buňky. Činnost buňky probíhá prostřednictvím proteinů. Proto chceme proteiny studovat. To jsou vaše enzymy," řekl.
"Toto je první krok. Chtěli jsme se zeptat, co se liší u zvířete, které dokáže udělat něco, co by ublížilo člověku, a oni to dělají každý den. A můžeme to vrátit k humánní medicíně?"
