Pētījums atklāj grauzēju neparasto spēju dzīvot desmit reizes ilgāk nekā paredzēts, bez vēža un vecuma izraisītām deģeneratīvām slimībām. Pielietojot šo metodi mušām, viņi ieguva “supermušas”.
Dabā pastāv dzelžains likums: jo lielāka suga, jo ilgāk dzīvo tās pārstāvji. Tāpēc vaļi pārspēj ziloņus dzīves ilguma ziņā, bet ziloņi pārspēj lauvas. Ļoti nedaudzi dzīvnieki neievēro šo likumu. Cilvēki to apgājuši, pateicoties kultūrai. Bet ir viens mazs dzīvnieks, kas par to smejas. Savas izmēra dēļ smaile pele (Heterocephalus glaber) nedrīkstētu dzīvot ilgāk par diviem gadiem, bet parasti nodzīvo līdz četrdesmit gadiem. Turklāt tā noveco veselīgi, bez vecuma slimībām, piemēram, vēža, neirodeģeneratīvām slimībām vai osteoartrīta. Tagad pētījumā, kas publicēts žurnālā Science , norādītas četras mutācijas, kas padara tās DNS atjaunošanas sistēmu ideālu.
Ķīniešu zinātnieku grupa, izmantojot modernas ģenētiskās terapijas metodes, pētīja novecošanās procesu pelēm šūnu līmenī, lai mēģinātu izskaidrot to ekstremālo ilgmūžību. Grauzēji, kas dzīvo kolonijās, kurās ir divdesmit līdz trīsdesmit īpatņi, kas sapulcējušies reģionos ap Āfrikas ragu, jau desmitgadēm ilgi ir valdzinājuši zinātniekus. Šajā gadījumā pētnieki koncentrējās uz DNS atjaunošanas mehānismu. Viens no nopietnākajiem bojājumu veidiem, ko tas var iegūt, ir tā saucamie divkāršās spirāles (dubultā spirāle) pārrāvumi DNS. Šādos gadījumos abas spirāles zaudē ģenētisko materiālu. Tas ir dabisks fenomens, kas rodas šūnu replikācijas un dalīšanās cikla rezultātā. Lai atjaunotu šo bojājumu, šūnas izmanto homoloģisko rekombināciju, kurā identiskas vai ļoti līdzīgas DNS molekulas nodrošina ģenētiskos fragmentus. Šajā procesā ir nepieciešama fermenta, ko sauc par cGAS, aktivizēšana.
“cGAS žurkai Ratpip darbojas pretēji tam, kā tas notiek cilvēkiem un pelēm, regulējot homoloģisko rekombinācijas reparāciju,” raksta e-pastā Jui Čens, pētnieks no Tongji Universitātes Šanhajā (Ķīna) un pētījuma galvenais autors. “Peles augšanas ātrums ir zemāks. Tāpēc DNS bojājumi var ilgāk saglabāties šajās šūnās bez atjaunošanās, kas galu galā izraisa sterilu iekaisumu un novecošanās sākumu,” norāda Čens. Kailajiem zemes rakšanas dzīvniekiem ir izteikta darba dalīšana, kas iepriekš tika novērota tikai sabiedriskos kukaiņos, piemēram, skudrās vai bitēs. Attēlā redzams viens no šiem grauzējiem zoodārzā.
Tomēr šo grauzēju fermenti paliek aktīvi ilgāk, kas ļauj tiem izmantot vairāk elementu, kuri, līdzīgi mehāniķiem darbnīcā, var pagarināt genoma stabilitāti katras šūnas kodolā. Pētnieki atklāja, ka šie fermenti atšķiras no to analogiem cilvēkiem vai laboratorijas pelēm ar četrām mutācijām četrās aminoskābēs . Viņi novēroja, ka šīs mutācijas veicināja „DNS reparācijas faktoru piesaistīšanu bojātajiem posmiem un reparācijas efektivitātes palielināšanu; ilgtermiņā tas palīdz palēnināt šūnu un audu novecošanos, kā arī palielināt dzīves ilgumu”, — skaidro Čens.
Lai apstiprinātu šo četru mutāciju nozīmi, viņi ģenētiski modificēja augļu mušas ( Drosophila melanogaster ) īpatņus, kas ir visvairāk pētītais kukaiņš laboratorijās un par kuru ir zināms gandrīz viss. Dažas mušas tika manipulētas, lai izteiktu cilvēka fermentu cGAS, bet citām bija tas pats ferments, bet ar četrām mutācijām, kas tika atklātas pelēm. Viņi gandrīz radīja supermušas: tām, kurām bija grauzēju materiāls, uzlabojās gremošanas sistēma, tās parādīja lielāku veiklību pat vecumā, kā arī lielāku izturību pret infekcijām, bet mātītes saglabāja spēju dēt olas ar vecumu. Turklāt, kamēr mušas ar cilvēka ģenētisko materiālu dzīvoja tikpat ilgi kā nemodificētās (apmēram 70 dienas), tās, kurām bija peles ģenētika, dzīvoja vairākas nedēļas ilgāk.
Viņi veica līdzīgu eksperimentu ar laboratorijas pelēm, kas bija modificētas, lai ekspresētu parasto pelu fermentus vai ar izmaiņām četrās identificētajās aminoskābēs. Pēc diviem mēnešiem viņi pamanīja, ka pelēm ar cGAS gēnu, tāpat kā plikajām pelēm, bija mazāk vispārējas novecošanās pazīmes un īpaši šūnu novecošanās pazīmes. Meklējot citus grauzējus, kuriem šie fermenti darbojas pretēji, pētnieki atklāja, ka tikai divām citām sugām novēro līdzīgas aminoskābju izmaiņas šūnu mehānismos: pelēkajai vāverei un aklai zemesvāverei. “Pelēkās vāveres un aklo zemesvāveri dzīves ilgums ir vairāk nekā 20 gadi,” secina Čens.
Komentārā, kas arī publicēts žurnālā Science, Ročesteras Universitātes (ASV) zinātnieki, kuri pēta novecošanos, uzsver atklājumu par cGAS fermentu diferenciālo lomu, pateicoties tikai četrām izmaiņām, kas “galu galā noved pie augstākiem DNS atjaunošanās rādītājiem”. Viena no šī raksta parakstītājām ir Vera Gorbunova, kura gadiem ilgi pētījusi peles kā modeli novecošanās cēloņu izpētei. E-pastā viņa raksta: “Mēs esam iemācījušies, ka, modificējot cGAS vai tā lejupvērsto ceļu, mēs varam uzlabot genoma stabilitāti, samazināt iekaisumu un veicināt ilgmūžību un veselību.”
Manels Esteller ir vēl viens vadošais eksperts novecošanās pētniecības jomā, kurš strādā Josepa Karrerasa leikēmijas pētniecības institūtā. Peles viņus interesē arī ar savu izcilo izturību pret vēzi. “Šī atšķirīgā cGAS gēna galīgā forma ļauj tam ātri labot kļūdas un pārtraukumus ģenētiskajā materiālā, kas palēnina šūnu novecošanos un palielina dzīves ilgumu,” norāda Esteller. Katalonijas zinātnieks norāda, ka, papildus Čena grupas atklājumam, ir arī citi faktori, kas veicina „neiedomājamo peles ilgmūžību ekstremālos dzīves apstākļos, bet šis atklājums ir ļoti nozīmīgs, jo parāda, kā evolūcija veido mūsu gēnus, dodot mums priekšrocības izdzīvošanā atkarībā no vides”.
Zīdītāji skudru pūžņos
Cits nesen publicēts pētījums atklāj visus noslēpumus par kailā zemesvīra sociālo struktūru, kas dzīvo kolonijās, kas ir ļoti līdzīgas skudru kolonijām. Tas saistīts ar to, ka vide, kurā dzīvo šie grauzēji, kas pazīstami arī kā kailie zemesvīri, ir tikpat īpaša kā to molekulārā bioloģija. Bija zināms, ka to kolonijās vairojas tikai viena mātīte, pāroties ar diviem vai trim tēviņiem. Pārējie ir neauglīgi. Bet par to sociālo struktūru un organizāciju bija zināms ļoti maz. Fakts, ka tie dzīvo, sapulcējušies šaurās pazemes dobumos, apgrūtināja zemes kārklu sabiedrības izpēti. Un tad parādījās RFID tehnoloģija. Tokijas Universitātē (Japāna) atrodas viena no lielākajām zemes kārklu kolekcijām nebrīvē, vairāk nekā simts īpatņi sadalīti piecās kolonijās. Kā detalizēti aprakstīts Science Advances , viņi katram dzīvniekam implantēja sīku RFID marķieri (līdzīgu tiem, ko izmanto daudzos produktos signalizācijas ieslēgšanai). Tas ļāva tos identificēt jebkurā brīdī.
Līdz šim tika uzskatīts, ka starp neraudzīgiem īpatņiem nav darba dalījuma, izņemot to, ka lielākie un vecākie īpatņi ir atbildīgi par kolonijas aizsardzību pret plēsējiem un konkurējošām grupām. Bet ne viss ir tik vienkārši. Tika atklāts, ka, lai gan daži žurki, šķiet, specializējas kameras tīrīšanā, kur tie urinē un izkārnās, citi ir atbildīgi par atkritumiem, bet ir arī grupa, kas nodarbojas ar transportēšanu. Pēc autoru domām, šai zīdītāju sugai ir uzdevumu sadalījums, kas pazīstams kā pagaidu polietisms, kurā kopienas locekļi veic dažādus uzdevumus atkarībā no sava vecuma. Bites, skudras un termīti ir sugas, kas darbojas šādā veidā. Un tagad mēs zinām, ka lauka peles dara to pašu.
