Замедление метаболизма может предотвратить пагубные эффекты генетических мутаций
Просто замедлив свой метаболизм, мутантные плодовые мушки могут превратиться из аутсайдеров в героев.
В новом исследовании Северо-Западного университета ученые замедлили скорость метаболизма мутантных плодовых мушек на 50%, и ожидаемые пагубные эффекты многих мутаций так и не проявились. После экспериментальной проверки множества различных генетических мутаций у мушек исследователи каждый раз получали одинаковый результат.
«Когда мушки развивались с нормальной скоростью, возникали проблемы с развитием, — сказал Ричард Картью, руководивший экспериментальной частью исследования. — Когда мы замедлили скорость, проблемы с развитием исчезли. Они развиваются и растут медленнее, но в остальном это нормальные животные».
«Это переворачивает парадигму всего, что мы знаем о развитии, — добавил Луис Амарал, руководивший вычислительными исследованиями. — Мы всегда думали, что если "сломать" некоторые гены, последуют серьезные последствия для развития. Оказывается, это неверно для некоторых генов — при условии, что вы также замедляете метаболизм растущего организма».
Исследование может объяснить ряд факторов, например, почему у кур на птицефабриках, выведенных для гиперроста, больше проблем с развитием или почему ограничение калорий связано с долголетием.
Исследование опубликовано 25 июля в журнале Cell.
В самом поразительном открытии исследования ученые обнаружили, что плодовые мушки с замедленным метаболизмом могут жить вообще без микроРНК, что ранее считалось невозможным. МикроРНК, присутствующие у всех видов растений и животных, играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов. Проще говоря: микроРНК контролируют развитие, физиологию и поведение.
«Из 20 лет исследований мы знаем, что микроРНК необходимы для жизни. Если бы у вас не было микроРНК, вы были бы мертвы. Все просто, — сказал Картью. — В нашем исследовании мы замедлили метаболизм плодовых мушек, которые вообще не производили микроРНК. Они выжили, выросли и стали нормальными взрослыми особями».
«Наш результат показывает, что всё это семейство регуляторов генов не является необходимым, — добавил он. — Все, что нужно сделать, — это замедлить метаболизм примерно на 50%».
Нобелевский лауреат Томас Хант Морган впервые отметил связь между диетой и генетическими мутациями в 1915 году. Когда он выращивал мутантных плодовых мушек на ограниченном количестве бедной пищи, Морган заметил, что некоторые мутации никогда не проявлялись.
«Он считал это интересным, но у него не было объяснения», — сказал Картью.
Картью и Амарал теперь полагают, что ответ кроется в системе обратной связи. Обратная связь, распространенная в биологии, технике, экономике и многих других областях, позволяет сложным системам корректировать работу для достижения желаемого результата. Проведя сотни экспериментов в течение нескольких лет, дуэт из Северо-Западного университета считает, что более медленный метаболизм дает системам животных время на исправление ошибок.
«Когда вы смотрите на все различные белки и гены, взаимодействующие внутри клетки, вас может ошеломить количество компонентов и взаимодействий между ними, — сказал Амарал. — Если вы растете быстро и что-то идет не так, это может быть катастрофой. Вам нужны эти сложные сети, потому что они повышают избыточность для предотвращения катастрофы».
«Но если вы растете медленно, вам, возможно, не нужна такая сложная система, — добавил он. — У вас больше времени на исправление ошибок и реакцию на изменения».
Другими словами, если дать системе больше времени, она в конечном итоге придет туда, куда нужно. Картью, который также является членом Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета, сказал, что это открытие в конечном итоге может быть применено к раку.
«Опухоли чрезвычайно метаболически активны, — сказал он. — Опухоли поглощают огромное количество энергии, поэтому больные раком часто истощены. Мы могли бы потенциально подумать о способах воздействия на метаболизм раковых клеток. Возможно, замедлив скорость их метаболизма, мы сможем остановить экспрессию онкогенных мутаций в опухолевых клетках и проявление их ракового фенотипа».