Οι νυχτερίδες μπορεί να κρύβουν γενετικά «μυστικά» που θα βοηθήσουν την έρευνα για τον καρκίνο, τη γήρανση και την ανοσία. Νέα μελέτη στο Nature χαρτογράφησε το γονιδίωμα οκτώ ειδών του γένους Myotis και εντόπισε εξελικτικές προσαρμογές που συνδέουν τη μακροζωία, την άμυνα απέναντι στους ιούς και μηχανισμούς καταστολής του καρκίνου.
Μπορεί ένα μικρό θηλαστικό που πετά τη νύχτα να προσφέρει ενδείξεις για το πώς θα μπορούσαμε στο μέλλον να αντιμετωπίζουμε καλύτερα τον καρκίνο και τις ασθένειες της γήρανσης;
Επιστήμονες από το Penn State, το University of Vermont, το University of California Berkeley και άλλα ερευνητικά κέντρα πιστεύουν ότι η απάντηση αξίζει σοβαρή διερεύνηση.
Σε νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 26 Αυγούστου στο Nature, οι ερευνητές δημιούργησαν σχεδόν πλήρη γονιδιώματα για οκτώ στενά συγγενικά είδη νυχτερίδων του γένους Myotis και τα συνδύασαν με εργαστηριακές μελέτες κυττάρων. Στόχος ήταν να κατανοήσουν πώς αυτά τα ζώα εξελίχθηκαν ώστε να ζουν ασυνήθιστα πολλά χρόνια για το μέγεθός τους, να ανέχονται μεγάλο φορτίο ιών και παράλληλα να εμφανίζουν χαρακτηριστικά που συνδέονται με αυξημένη αντοχή στον καρκίνο.
Οι νυχτερίδες ζουν εντυπωσιακά πολύ για το μέγεθός τους
Στα περισσότερα θηλαστικά υπάρχει μια σχετικά προβλέψιμη σχέση ανάμεσα στο μέγεθος του σώματος και στη διάρκεια ζωής.
Οι νυχτερίδες αποτελούν εντυπωσιακή εξαίρεση.
Ορισμένα είδη Myotis μπορούν να ζήσουν για δεκαετίες, παρά το μικρό τους μέγεθος. Μέσα στο ίδιο γένος υπάρχουν μάλιστα είδη με εξαιρετικά διαφορετική διάρκεια ζωής, γεγονός που προσφέρει στους επιστήμονες ένα φυσικό «πείραμα» για τη μελέτη των γενετικών μηχανισμών της μακροζωίας.
Η δυνατότητα να συγκριθούν στενά συγγενικά είδη που διαφέρουν τόσο πολύ στη μακροζωία επιτρέπει στους ερευνητές να εντοπίζουν με μεγαλύτερη ακρίβεια ποιες εξελικτικές αλλαγές μπορεί να έχουν πραγματική βιολογική σημασία.
Οκτώ γονιδιώματα κάτω από το μικροσκόπιο
Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε χρωμοσωμικού επιπέδου γονιδιωματικές αλληλουχίες για οκτώ είδη Myotis και παράλληλα ανέπτυξε πρωτογενείς κυτταρικές σειρές από δείγματα ιστών.
Τα γονιδιώματα ήταν εξαιρετικά πλήρη: κατά μέσο όρο περίπου 98,6% του γενετικού υλικού οργανώθηκε στα κύρια χρωμοσωμικά τμήματα.
Στη συνέχεια οι επιστήμονες αναζήτησαν:
- γονίδια που είχαν υποστεί θετική εξελικτική επιλογή,
- διαφορές στον αριθμό αντιγράφων συγκεκριμένων γονιδίων,
- γονίδια που σχετίζονται με ιούς,
- μονοπάτια που συνδέονται με καρκίνο και γήρανση,
- και τον τρόπο με τον οποίο τα κύτταρα αντιδρούν σε βλάβες του DNA.
Το αποτέλεσμα ήταν μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα για το πώς ανοσία, μακροζωία και αντικαρκινική προστασία μπορεί να έχουν εξελιχθεί παράλληλα.
Όταν το κύτταρο έχει μεγάλη βλάβη, η νυχτερίδα επιλέγει να το «σκοτώσει»
Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα ευρήματα προήλθε από τη μικρή καφέ νυχτερίδα, Myotis lucifugus, ένα ιδιαίτερα μακρόβιο είδος για το μέγεθός του.
Οι ερευνητές εξέθεσαν κύτταρα των ζώων σε τοξική ουσία που προκαλεί σοβαρή κυτταρική και γενετική βλάβη.
Θα περίμεναν ίσως ότι τα κύτταρα ενός μακρόβιου ζώου θα ενεργοποιούσαν εντονότερα μηχανισμούς επιδιόρθωσης του DNA.
Παρατήρησαν όμως το αντίθετο.
Στα κύτταρα του M. lucifugus αυξήθηκε η ενεργοποίηση γονιδίων που προωθούν κυτταρικό θάνατο, αντί για προσπάθεια διάσωσης του σοβαρά κατεστραμμένου κυττάρου.
Γιατί ο κυτταρικός θάνατος μπορεί να προστατεύει από τον καρκίνο
Η στρατηγική αυτή έχει σαφή βιολογική λογική.
Ένα κύτταρο με σοβαρά κατεστραμμένο DNA μπορεί, εάν επιβιώσει, να συσσωρεύσει μεταλλάξεις και δυνητικά να εξελιχθεί σε καρκινικό κύτταρο.
Η γρήγορη απομάκρυνσή του μέσω προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου μπορεί επομένως να λειτουργεί ως ένας μηχανισμός προστασίας.
Ο Juan Manuel Vazquez, ένας από τους επικεφαλής συγγραφείς της μελέτης, παρομοίασε τη στρατηγική με μια απόφαση του κυττάρου ότι η ζημιά είναι τόσο μεγάλη ώστε δεν αξίζει να επιχειρήσει να σωθεί.
Παρόμοιες στρατηγικές έχουν παρατηρηθεί και σε άλλα μακρόβια και σχετικά ανθεκτικά στον καρκίνο ζώα, όπως οι ελέφαντες.
Γονίδια που σχετίζονται με καρκίνο βρίσκονται υπό εξελικτική πίεση
Η γενετική ανάλυση έδειξε επίσης ότι η επαναλαμβανόμενη εξέλιξη μεγάλης διάρκειας ζωής στα είδη Myotis σχετιζόταν με θετική επιλογή σε γονίδια και βιολογικά μονοπάτια που σχετίζονται με τον καρκίνο.
Το εύρημα υποστηρίζει την ιδέα ότι όσο ένα ζώο εξελίσσεται ώστε να ζει περισσότερο, τόσο μεγαλύτερη πίεση δέχεται εξελικτικά να αναπτύξει αποτελεσματικούς μηχανισμούς καταστολής των καρκινικών κυττάρων.
Αυτό συμβαίνει επειδή περισσότερα χρόνια ζωής σημαίνουν περισσότερες κυτταρικές διαιρέσεις και περισσότερες ευκαιρίες συσσώρευσης μεταλλάξεων.
Οι μακρόβιες νυχτερίδες φαίνεται να έχουν αναπτύξει μηχανισμούς που αντισταθμίζουν αυτόν τον κίνδυνο.
Το παράξενο γονίδιο PKR
Ένα ακόμη ενδιαφέρον εύρημα αφορά ένα βασικό γονίδιο της ανοσολογικής άμυνας που ονομάζεται EIF2AK2, περισσότερο γνωστό ως PKR.
Το PKR βοηθά τα κύτταρα να αναγνωρίζουν και να αντιδρούν σε ιογενείς λοιμώξεις.
Σε πολλά θηλαστικά υπάρχει ένα βασικό αντίγραφο αυτού του γονιδίου. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν όμως ότι στις νυχτερίδες Myotis έχουν εμφανιστεί εξελικτικές διπλασιάσεις και διαφορετικοί αριθμοί αντιγράφων του PKR.
Μάλιστα, ορισμένες από αυτές τις παραλλαγές φαίνεται να διατηρούνται εδώ και δεκάδες εκατομμύρια χρόνια.
Η ύπαρξη επιπλέον αντιγράφων μπορεί να δίνει στην εξέλιξη μεγαλύτερο «χώρο» ώστε διαφορετικές εκδοχές του ίδιου ανοσολογικού μηχανισμού να προσαρμόζονται σε διαφορετικές ιογενείς απειλές.
Ιοί, γήρανση και καρκίνος φαίνεται να είναι πιο στενά συνδεδεμένα απ’ όσο πιστεύαμε
Ένα από τα πιο σημαντικά συμπεράσματα της μελέτης είναι ότι πολλά γονίδια που συνδέονται με τη μακροζωία ήταν επίσης γονίδια τα οποία σχετίζονταν με την αλληλεπίδραση των νυχτερίδων με ιούς.
Η επικάλυψη ήταν μεγαλύτερη από εκείνη που θα αναμενόταν τυχαία.
Για την Elise Lauterbur, επίκουρη καθηγήτρια εξελικτικής βιολογίας στο University of Vermont και συν-επικεφαλής της μελέτης, αυτό υποδεικνύει ότι η προσαρμογή στα παθογόνα, η μακροζωία και η ανθεκτικότητα στον καρκίνο δεν πρέπει απαραίτητα να αντιμετωπίζονται ως τρία εντελώς ανεξάρτητα βιολογικά φαινόμενα.
Μπορεί να αποτελούν διαφορετικές εκφάνσεις κοινών εξελικτικών μηχανισμών.
Οι νυχτερίδες έχουν διαφορετική «ιστορία» με τους ιούς από τον άνθρωπο
Οι ερευνητές εντόπισαν επίσης μια ενδιαφέρουσα διαφορά ανάμεσα στις νυχτερίδες και άλλα θηλαστικά.
Στα Myotis υπήρχε ισχυρή εξελικτική επιλογή σε πρωτεΐνες που αλληλεπιδρούν με DNA ιούς, ενώ παρατηρήθηκαν επίσης αλλαγές στον αριθμό αντιγράφων γονιδίων που σχετίζονται με RNA ιούς.
Στους ανθρώπους και στα άλλα πρωτεύοντα, αντίθετα, η εξελικτική πίεση από ιούς εμφανίζει διαφορετικό πρότυπο, με μεγάλη συμμετοχή αλληλεπιδράσεων με RNA ιούς.
Οι διαφορές αυτές μπορεί να βοηθήσουν να εξηγηθεί γιατί ορισμένοι ιοί μπορούν να συνυπάρχουν σχετικά καλά με τις νυχτερίδες αλλά να προκαλούν σοβαρή νόσο όταν μεταπηδούν σε άλλα είδη.
Ένα ανοσοποιητικό σύστημα που αντέχει χωρίς να «καίγεται»
Οι νυχτερίδες είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσες και για έναν ακόμη λόγο: μπορούν να φιλοξενούν πολλούς ιούς χωρίς να εμφανίζουν πάντα τη σοβαρή φλεγμονώδη νόσο που θα παρατηρούνταν σε άλλα θηλαστικά.
Με άλλα λόγια, φαίνεται να έχουν εξελίξει μηχανισμούς που τους επιτρέπουν να διαθέτουν ισχυρή αντιιική άμυνα, αλλά ταυτόχρονα να περιορίζουν την υπερβολική και καταστροφική φλεγμονή.
Αυτή η ισορροπία ενδιαφέρει ιδιαίτερα την ανθρώπινη ιατρική.
Η χρόνια φλεγμονή σχετίζεται όχι μόνο με λοιμώξεις αλλά και με τη γήρανση, τα καρδιαγγειακά νοσήματα, μεταβολικές παθήσεις και ορισμένες μορφές καρκίνου.
Μπορεί να παίζει ρόλο και η εκπληκτική φυσική τους κατάσταση
Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης εάν η ακραία φυσική δραστηριότητα των νυχτερίδων έχει συμβάλει στην εξέλιξη της ανοσίας και της μακροζωίας τους.
Η πτήση απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας.
Ο Vazquez έχει παρομοιάσει τη νυχτερινή δραστηριότητα μιας νυχτερίδας με το να εκτελεί ένα θηλαστικό πολλαπλούς υπερμαραθωνίους σε καθημερινή βάση.
Ένας τόσο απαιτητικός τρόπος ζωής προκαλεί σημαντική μεταβολική και κυτταρική καταπόνηση. Κατά συνέπεια, οι νυχτερίδες μπορεί να χρειάστηκε εξελικτικά να αποκτήσουν ιδιαίτερα αποτελεσματικούς μηχανισμούς αντιμετώπισης του κυτταρικού στρες.
Οι ίδιοι μηχανισμοί θα μπορούσαν έμμεσα να συμβάλλουν στη μακροζωία και στην προστασία απέναντι σε ασθένειες.
Από μια μικρή βιοψία φτερού σε ολόκληρο γονιδίωμα
Ενδιαφέρον παρουσιάζει και ο τρόπος με τον οποίο έγινε η έρευνα.
Οι επιστήμονες συνέλεγαν νυχτερίδες στο πεδίο, έπαιρναν πολύ μικρά δείγματα ιστού από τη μεμβράνη της πτέρυγας και στη συνέχεια τις απελευθέρωναν.
Από τα δείγματα δημιούργησαν κυτταρικές καλλιέργειες και παρήγαγαν τα γονιδιώματα που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη.
Η τεχνική θεωρείται σημαντική επειδή επιτρέπει τη λειτουργική γονιδιωματική μελέτη άγριων ζώων χωρίς να απαιτείται η θανάτωσή τους.
Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία όταν πρόκειται για είδη που αντιμετωπίζουν σημαντικές απειλές στο φυσικό περιβάλλον.
Μπορούν αυτά τα γονίδια να χρησιμοποιηθούν για θεραπεία του καρκίνου;
Όχι άμεσα.
Η μελέτη δεν ανακάλυψε θεραπεία για τον καρκίνο, ούτε έδειξε ότι ένα γονίδιο νυχτερίδας μπορεί απλώς να μεταφερθεί στον άνθρωπο και να προσφέρει προστασία.
Αυτό που προσφέρει είναι κάτι διαφορετικό: νέους βιολογικούς μηχανισμούς και πιθανούς θεραπευτικούς στόχους που μπορούν να διερευνηθούν.
Εάν οι επιστήμονες κατανοήσουν ακριβώς πώς οι νυχτερίδες:
- απομακρύνουν κατεστραμμένα κύτταρα,
- περιορίζουν τη χρόνια φλεγμονή,
- διατηρούν ισχυρή αντιιική άμυνα,
- και μειώνουν τον κίνδυνο κακοήθους μετασχηματισμού επί δεκαετίες,
τότε ίσως μπορέσουν να αναζητήσουν τρόπους να επηρεάσουν αντίστοιχα μονοπάτια στον άνθρωπο.
Η φύση ως εργαστήριο αντικαρκινικών μηχανισμών
Η προσέγγιση αυτή δεν περιορίζεται στις νυχτερίδες.
Ερευνητές έχουν μελετήσει επίσης ελέφαντες, φάλαινες, γυμνούς τυφλοπόντικες και άλλα εξαιρετικά μακρόβια ή ανθεκτικά στον καρκίνο ζώα, αναζητώντας φυσικούς μηχανισμούς προστασίας.
Η λογική είναι ότι η εξέλιξη έχει ήδη δοκιμάσει επί εκατομμύρια χρόνια διαφορετικές λύσεις στα ίδια βασικά προβλήματα που αντιμετωπίζει το ανθρώπινο σώμα: βλάβη του DNA, φλεγμονή, γήρανση και καρκίνος.
Όπως επισημαίνουν οι συγγραφείς, η μελέτη των μακρόβιων ειδών μπορεί να αποκαλύψει λύσεις που δεν θα ήταν εύκολο να προβλεφθούν εξετάζοντας αποκλειστικά τον άνθρωπο.
Τι σημαίνει η μελέτη για τη μακροζωία
Τα ευρήματα υποστηρίζουν μια όλο και πιο ισχυρή ιδέα στη βιολογία της γήρανσης: η μακροζωία δεν εξαρτάται από έναν μοναδικό «διακόπτη».
Αντίθετα, φαίνεται να προκύπτει από ένα δίκτυο μηχανισμών που περιλαμβάνουν:
ανοσολογική ισορροπία, έλεγχο της φλεγμονής, διαχείριση του κυτταρικού στρες, εξάλειψη επικίνδυνων κυττάρων και αποτελεσματική άμυνα απέναντι σε παθογόνα.
Στις νυχτερίδες, αυτοί οι μηχανισμοί φαίνεται να έχουν εξελιχθεί μαζί.
Και αυτή ακριβώς η σύνδεση είναι ίσως το σημαντικότερο μήνυμα της νέας έρευνας: η ανοσία, ο καρκίνος και η γήρανση μπορεί να είναι πολύ πιο στενά δεμένα μεταξύ τους απ’ όσο έδειχνε μέχρι σήμερα η μελέτη τους ως ξεχωριστών πεδίων.
Κάντε like στη σελίδα μας στο facebook για να μαθαίνετε όλα τα νέα
Διαβάστε επίσης
Επιστήμονες ανακάλυψαν πιθανώς νέο επικίνδυνο ιό σε νυχτερίδες
Σε νυχτερίδες ανακαλύφθηκαν νέοι κορωνοϊοί – Μολύνουν ανθρώπους
