Учёные приблизились к использованию хранящихся в генах человека инструкций, позволяющих впадать в спячку

К сожалению, в отличие от медведей, змей, летучих мышей и других животных, люди не умеют проводить некоторое количество месяцев в спячке, замедляя сердечные сокращения, температуру тела и мозговую активность до минимума.

Тем не менее, согласно двум исследованиям, опубликованным в журнале Science, способность животных, впадающих в спячку, восстанавливать организм, возможно, не так уж чужда нам, как кажется. К тому же, те самые генетические инструкции, которыми обладают эти животные, могут скрываться и в нашей собственной ДНК.

Учёные хотят разобраться, как животные, впадающие в спячку, восстанавливаются после экстремальных изменений в состоянии здоровья.

«У животных, впадающих в спячку, происходят радикальные физиологические изменения. Температура их тела может снижаться почти до уровня окружающей среды, частота сердечных сокращений резко замедляется, метаболизм падает до нескольких процентов от нормы, а мозговая активность значительно уменьшается. У людей такие изменения привели бы к серьёзным повреждениям. У животных, впадающих в спячку, они носят временный характер и полностью обратимы», — сообщает Кристофер Грегг, доктор философии, профессор нейробиологии и генетики человека в Университете здравоохранения штата Юта и старший автор обоих исследований.

Грегг объясняет, что их восстановление обеспечивается не каким-то особым «органом спячки», а «высококоординированной генетической программой».

«Когда животные, впадающие в спячку, согреваются и снова начинают питаться, их мозг — особенно область под названием гипоталамус, которая контролирует метаболизм — быстро активирует тысячи генов. Мы обнаружили, что именно на этапе возобновления питания и восстановления происходят самые значительные молекулярные изменения», — говорит он.

Согласно заявлению Грегга, у этих животных есть регуляторные ДНК-переключатели, называемые цис-регуляторными элементами, которые управляют включением и выключением генов во время голодания и восстановления. За миллионы лет у животных, впадающих в спячку, произошли тонкие изменения в этих переключателях, многие из которых снимают ограничения, обычно поддерживающие стабильный метаболизм на протяжении всего года.

Понимание того, как животные, впадающие в спячку, восстанавливаются после упомянутых физиологических изменений, в конечном счёте может привести к разработке методов лечения, способных обратить вспять такие заболевания, как диабет 2-го типа.

«Диабет 2-го типа — это, по существу, нарушение гибкости метаболизма», — говорит Грегг. «Организм с трудом переключается между состояниями голодания и насыщения. Сигнализация инсулина нарушается, накопление и использование энергии становятся несбалансированными, а в тканях накапливаются повреждения».

Животные, впадающие в спячку, демонстрируют противоположную картину, объясняет Грегг. Перед впадением в спячку они намеренно становятся инсулинорезистентными, подавляют метаболизм, а затем, когда возобновляют питание, обращают эти изменения вспять — без долгосрочного вреда. «Это сообщает нам о том, что биология метаболической гибкости уже существует у млекопитающих», — говорит он.

Чтобы прийти к этому выводу, Грегг и его коллеги проанализировали геномы нескольких видов животных, впадающих в спячку, и сравнили их с геномами млекопитающих, не впадающих в спячку, включая человека.

«Мы сосредоточились на участках ДНК, которые сохранялись на протяжении примерно 100 миллионов лет — а это означает, что они биологически важны», — сообщает он. «Затем мы задались вопросом: какие из этих консервативных регуляторных участков изменились у животных, впадающих в спячку, одинаковым образом у разных видов млекопитающих, которые независимо друг от друга развили способность к спячке?»

Когда он и его коллеги обнаружили эти сходные изменения, они проследили их до генов, которые они регулируют в мозге мышей. Многие из этих генов контролируют метаболические реакции на голодание и возобновление питания, объясняет он. Стоит отметить, что те же самые регуляторные участки ДНК обнаруживаются и в мозге человека.

«Это означает, что у людей уже есть большая часть тех же самых генетических механизмов. Животные, впадающие в спячку, не изобрели новых генов. Вместо этого они доработали существующие регуляторные механизмы», — сообщает он. «Основа метаболической гибкости является эволюционно древней и общей. Разница заключается в том, как она устроена и используется».