Сърцето е поразителен работен кон на орган. С всяка изминала минута човешкото сърце изгрява над галон кръв, който захранва останалата част от тялото с кислород и хранителни вещества. В живота на средностатистическия човек сърцето ще бие повече от три милиарда пъти, изпомпвайки достатъчно кръв, за да напълни около 1200 басейна с олимпийски размери.
След тежки години на работа обаче мускулите са склонни да износват тънки. Подобно на прекалено опъната ластик, сърцето в крайна сметка губи своята издръжливост, като постоянно увеличава риска от сърдечна недостатъчност.
Днес учени от Калифорнийския университет в Сан Диего съобщават, че плодовите мухи, проектирани за поддържане на високи нива на протеин, премоделиращ сърцето, се радват на много по-дълъг живот. Техните открития са първите, които обвързват структурните модификации на мускулната тъкан с метаболитните последици, които в крайна сметка засягат дълголетието.
Докато сърдечните клетки нямат регенеративния капацитет на други органи като черния дроб, сърцето се залива с цялостен комплект за възстановяване. Човешкото сърце може да се зарежда с десетилетия след очакваната си гаранция, използвайки множество резервни методи за обновяване и прекрояване на стари структури, дори когато клетките започнат да губят формата си. Когато е нарушена структурната цялост на сърцето, набор от протеини бързо се помества, за да поправи пукнатините в основата.
Едно от най-мощните инструменти, с които сърцето разполага, е винкулин - протеин, близък до супер лепилото на клетките. Тъй като клетките в стените на сърдечната епоха, те започват да се откъсват една от друга и умират, което затруднява сърцето да изпълнява всеки ритмичен притискане. Винкулинът закотвя клетките една към друга и в заобикалящата я матрица, която позволява на сърцето да комуникира с външната среда. Този протеин става все по-необходим след десетилетия стрес върху мускулатурата, а производството се увеличава в сърцето с възрастта, което позволява на клетките да залепват разриви във стареещата тъкан. Както гризачите, така и човешките пациенти със счупени копия на винкулиновия ген са изложени на особено висок риск от сърдечна недостатъчност по-късно в живота.
В крайна сметка обаче ремоделирането стига само дотук: при някои състоянието на неспокойство преодолява дори реконструиращата сила на винкулин и сърцето може да се провали. С увеличаването на средната продължителност на живота в световен мащаб се увеличават и сърдечните усложнения на възрастните хора. До 2030 г. една четвърт от американците ще бъдат над 65-годишна възраст. За да продължат да предотвратяват появата на сърдечни заболявания при по-старо поколение, развитието на технологиите трябва да се ускори, за да бъде в крак с човешкото население.
За да изучат пресечната точка на сърдечната функция и дълголетието, биоинженерите Айла Сесийс и Адам Енглер решиха да използват средствата, които еволюцията вече е предоставила, като изтласкат лечебния капацитет на сърцето до своите граници.
Преди три години групата на старши автор Адам Енглер демонстрира значението на винкулина за поддържане на изпомпване на сърцата на животните в напреднала възраст. След като показаха, че отлежалите сърца на мишки и примати, различни от човека, произвеждат повече винкулин, те се зачудиха за последствията от увеличаването на винкулина или премахването му изцяло.
За да заобиколят скъпите и отнемащи време клопки на генетично манипулиращи гризачи или маймуни, изследователите моделират своите експерименти с плодови мухи. С живот от малко повече от месец, тези насекоми могат да преминат от непълнолетни до гериатрични за няколко седмици. И докато сме склонни да виждаме насекомите като чужди вредители, хората и мухите всъщност имат много общо. Органите на плодовата муха споделят изненадващо количество структурно сходство с бозайници като мишки и примати, а над 80 процента от гените, които съдържат инструкциите за изграждане на сърце на муха, са огледални при хората.
„Сърцата от плодови мухи са структурно подобни на човешките клетки“, обяснява Енглер. „Но физиологията им е толкова проста. Това ги прави идеални за учене. "
И точно както при хората, сърцата на старите мухи са склонни да се провалят.
В първоначалната си работа Енглер и неговият екип развъждат щам от мухи, за да започнат производството на винкулин в свръхзараждане в сърдечната тъкан. Както се очакваше, сърцата, подсилени с повече винкулин, останаха силни, дори когато мухите остаряват, имитирайки ефективността на изпомпване на здравата тъкан.
За изненада на Енглер, изтръгването на допълнителен винкулин в сърцето също създава „суперфлайси“ със забележително засилено дълголетие, понякога повече от удвояване на живота на мухата. Но макар това да подкрепя идеята, че винкулинът е критичен за настройване на сърдечната тъкан, изследователите не са разбрали как или защо това помага на мухите да живеят по-дълго.
В стремежа си да разреши мистерията, водещият автор Ayla Sessions следи здравето и дълголетието на един и същи щам на суперфили от няколко различни ъгъла. За пореден път суперфилите надживиха своите редовни връстници - но Сесиите допълнително установиха, че те също проявяват превъзходна атлетическа способност, използвайки новите си способности да се разхождат по етажите и да мащабират силни стени.
Нещо повече, като човешки спортисти, суперфилите са били по-ефективни при използване на кислород и захар, за да захранват движенията си. Когато Сесиони хранели мухите с белязана форма на глюкоза, тя видяла, че захарите от диетата на мухите се насочват към хиперефективни пътища, които изхвърлят допълнително гориво за клетките. Всъщност тези супер-мухи изглеждаха зловещо като дълголетни мухи от минали творби от други групи - с изключение на тези мухи, които са претърпели модификации в начина на живот (като калорични ограничения), а не генетични. По някакъв начин, въпреки че допълнителното структурно лепило на винкулин се пренасяше само в определена част от тялото, тази промяна имаше здрави и мащабни последици за цялостното здраве.
„От милиони клетки [в движение] само 102 клетки [в сърцето] в крайна сметка създават този системен ефект“, казва Енглер. "И това беше доста изненадващо за нас."
Това е първият път, когато изследователите свързват промените в механиката на клетките с метаболизма и могат да дадат представа за това как наличието на силно сърце поддържа здрав метаболизъм. Сесиите и Енглер теоретизират, че увеличаването на силата на сърцето на суперлицата е това, което прави всичко различно. С повече винкулин, за да ги свържат заедно, клетките на дори по-старо сърце се нуждаят от по-малко гориво, за да се свият ефективно - което означава, че сърцето като цяло е по-добре да използва енергия. Това не само освобождава захарите за други тъкани, но също така снабдява сърцето, за да разпредели по-добре това гориво в останалата част на тялото. И вуаля: издръжливост на суперфили.
„[Добре е] да се съсредоточим върху това да живеем по-дълго, но ако качеството на живот е лошо, няма полза за това“, казва Сесион. „Не само увеличаваме живота си, но увеличаваме метаболизма и използването на енергия по-късно в живота.“
Тъй като профилите на мухи, произвеждащи винкулин, толкова приличат на тези на, да речем, мухи с ограничена калоричност, Енглер смята, че тази работа силно потвърждава резултатите от други проучвания за дълголетие. „Преправяте едни и същи пътища, само чрез различни механизми, но те постигат същите цели“, обяснява той.
„Пренебрегването на ролята на кръвоносната система в метаболизма е малко едностранчиво“, добавя сесията. „Метаболизмът и сърдечната функция вървят ръка за ръка.“
В бъдещата си работа екипът на Енглер планира да продължи да извлича връзките между структурата на тъканите и метаболизма, имайки предвид факта, че тази информация някой ден може да допринесе за синтеза на лекарства, стимулиращи дълголетието - някои от които дори могат да са насочени към протеини като винкулин.
Кристин ДеЛеон-Пенъл, професор по сърдечно-съдови науки в Медицинския университет в Южна Каролина, който не е свързан с изследването, похвали работата за отваряне на нови врати в бъдещи клинични контексти. „С метаболитни синдроми на увеличение на сърдечните пациенти наистина е интересно, че винкулинът може да бъде връзка с това, което всъщност виждаме в клиниката“, казва тя и добавя, че това може да оборудва лекарите за по-добър мониторинг на възрастни пациенти с ниски нива на винкулин.
Но Енглер предупреждава, че все още трябва да се свърши много работа: ние сме много далеч от капитализирането на винкулин в сърцата на хората. „Не се опитваме да ви кажем, че има хапче, което можете да вземете или че трябва да започнете да променяте диетата си, така че да поддържате метаболизма си за по-дълго време“, обяснява той. "И със сигурност не е изворът на младостта."
DeLeon-Pennell също подчертава, че работата трябва да бъде потвърдена при по-сложни организми като бозайници, преди да могат да прогресират изследванията.
Засега има още добри новини: Мухите могат да бъдат отглеждани, за да живеят по-дълго.
Лошите новини? Мухите могат да бъдат отглеждани, за да живеят по-дълго.
