Чтобы пережить долгую зиму без еды, впадающие в спячку животные, такие как суслики, могут замедлить свой метаболизм на целых 99 процентов, но для поддержания мышц во время спячки им по-прежнему нужны важные питательные вещества.
Новое исследование, проведенное учеными Университета Висконсин-Мэдисон, показывает, что впадающим в спячку сусликам помогают микробы в их кишечнике. Это открытие может помочь людям с нарушениями атрофии мышц и даже астронавтам в длительных космических путешествиях.
Один из источников азота, жизненно важного строительного блока для аминокислот и белков, накапливается в организме всех животных (включая человека) в виде мочевины, компонента мочи. Исследователи знали, что мочевина, попадающая в пищеварительный тракт, может расщепляться некоторыми кишечными микробами, которым, в свою очередь, также нужен азот для собственных белков. Но исследователи хотели посмотреть, попадает ли часть этого азота мочевины, высвобождаемого микробами, в тела сусликов.
Они вводили мочевину, приготовленную из отслеживаемых изотопов углерода и азота, в кровь животных в три этапа — в активные дни лета, в начале зимней спячки и в конце зимы. Некоторых сусликов также лечили антибиотиками, чтобы убить большинство микробов в их кишечнике. Как и предполагалось, азот, содержащий изотопы, выделялся некоторыми кишечными микробами, которые разлагали введенную мочевину. То есть, меченые изотопами молекулы азота переходили от хозяина к микробиому, затем микробы превращали их в пригодные для использования молекулы, прежде чем те снова возвращались к «хозяину», по сути, «перерабатываясь» в спящем животном.
Исследователи наблюдали два различия, которые поддерживают этот микробный путь. Животные, кишечные микробы которых были в значительной степени истощены антибиотиками, имели гораздо меньше отслеживаемого азота в печени и мышцах. И когда исследователи секвенировали геномы микробов, обнаруженных в кишечнике, они обнаружили, что по мере затягивания зимней спячки увеличивалось присутствие генов, связанных с выработкой фермента под названием уреаза.
Ученые отмечают, что этот фермент животными не производится. Только микробы, экспрессирующие уреазу, способны расщеплять молекулу мочевины и высвобождать из нее азот. Пока присутствуют нужные микробы, фактически это своего рода сделка между ними и хозяином — каждый получает часть азота, высвобождаемого, чтобы продержаться до тех пор, пока не закончится спячка.
По словам исследователей, описание этих ключей к выживанию во время спячки может помочь людям, сидящим на диете с низким содержанием азота или страдающим заболеваниями, вызывающими атрофию мышц. Это также может позволить людям совершать длительные путешествия к далеким планетам. Помещение космических путешественников в состояние, подобное спячке, означает, что им не нужно будет брать столько еды, воды и кислорода, и они будут производить меньше отходов и углекислого газа, экономя огромное количество веса и топлива.
На дне океана обнаружены 25 тысяч бочек с химикатами. Чем они опасны?