Новое геномное исследование ДНК акул, в том числе большой белой акулы и большой акулы-молота, выявило уникальные модификации в их генах иммунитета, которые могут лежать в основе быстрого заживления ран и, возможно, более высокой устойчивости к раку у этих океанских хищников. Это исследование приближает нас на несколько шагов к пониманию, с точки зрения генетики, почему акулы обладают некоторыми характеристиками, которые очень желательны для людей.
Акулы и скаты хорошо известны как высокоэффективные заживляющие раны и, как предполагается, проявляют большую устойчивость к раку, хотя это требует дальнейшего изучения. Эти свойства, вероятно, связаны с их иммунной системой, которая была отлажена более чем за 400 миллионов лет эволюции.
Исследование, проведенное Нова-Юго-Восточным университетом (NSU), Центром исследования акул «Спасти наши моря», Научно-исследовательским институтом Гая Харви (GHRI) и Колледжем ветеринарной медицины Корнелльского университета, только что опубликовано в журнале BMC Genomics (ведущий автор, постдокторский сотрудник Николас Марра) теперь предоставляет первое свидетельство того, что некоторые гены иммунитета от акул и скатов претерпели эволюционные изменения, которые могут быть связаны с этими новыми способностями иммунной системы.
«Иммунная система акул и скатов прошла боевые испытания и развивалась на протяжении сотен миллионов лет», - сказал Махмуд Шивджи. Доктор философии, директор Центра исследования акул НГУ «Спасите наши моря» и Научно-исследовательского института Гая Харви. «Использование геномных подходов для понимания генезиса их иммунитета, вероятно, приведет к еще большему количеству захватывающих открытий, некоторые из которых потенциально могут принести пользу людям. Теперь у нас есть еще одна важная причина убедиться, что мы не потеряем этих чудесных и экологически важных животных из-за перелова, который в настоящее время имеет место во многих частях мира. Мы только коснулись поверхности с точки зрения изучения того, чему эти древние животные могут научить нас, а также, возможно, дать нам с точки зрения прямой биомедицинской пользы».
Гены иммунитета, связанные с раком
Исследователи обнаружили, что особенно выделяются два иммунных гена акулы, legumain и Bag1. Оба этих гена имеют аналоги у людей, где хорошо известно, что их сверхэкспрессия связана с целым рядом видов рака. Примечательно, что новое исследование показывает, что эти гены у акул, однако, были изменены и подверглись эволюционному естественному отбору.
«Несколько исследований продемонстрировали противоопухолевые свойства соединений, полученных из акул, в лабораторных исследованиях», - сказал Шивджи, который руководил этим исследованием вместе с Майклом Стэнхоупом, доктором философии, из Корнельского университета. «Интересно, что сейчас мы наблюдаем свидетельства эволюционной адаптации этих специфических генов иммунитета к акулам, которые, как оказалось, также участвуют в развитии рака у людей."
Шивджи, однако, подчеркивает, что важно понимать, что проглатывание частей акул не излечит и не предотвратит рак, и на самом деле это может нанести вред здоровью из-за высокого содержания ртути в акулах.
Хотя представление о том, что акулы и скаты более устойчивы к раку, нуждается в строгом научном подтверждении, результаты этого нового исследования открывают заманчивую перспективу того, что белки, продуцируемые этими связанными с раком генами легумаина и Bag1, изменили функции у акул., включая возможность реальной защиты животных от заражения раком.
Ген Bag1, например, кодирует белок, который у людей участвует в ингибировании основного естественного процесса, называемого «запрограммированной гибелью клеток». Это важно, потому что запрограммированный процесс клеточной гибели направлен на устранение дисфункциональных клеток, а одним из признаков рака является способность злокачественных клеток уклоняться от этого ключевого естественного процесса. Таким образом, характерные для акул признаки адаптации, обнаруженные в гене Bag1, могут указывать на альтернативную или модифицированную роль этого важного гена, которая может изменить его тенденцию ингибировать запрограммированную гибель клеток у акул.
Гены, связанные с заживлением ран
И на этом новизна иммунной системы акулы не заканчивается. Что может объяснить их способность быстро заживлять раны при погружении в морскую воду с ее мириадами бактерий, которые, как ожидается, быстро вызовут инфекции в открытых ранах?
Последовательности ДНК акулы дают дополнительные подсказки. Исследовательская группа обнаружила, что по сравнению с костистыми рыбами исследованные виды акул и скатов не только имели гораздо более высокую долю генов, участвующих в иммунитете, опосредованном антителами, но также и то, что некоторые гены, связанные с иммунитетом к инфекциям, были экспрессированы только у акул. и лучи.
«Эта более высокая доля генов, участвующих в функции адаптивного иммунитета (антител), может быть ключевой причиной способности акул и скатов бороться с инфекциями и быстро заживлять раны», - сказал профессор Стэнхоуп.«Предыдущие исследования иммунной системы акул уже преподнесли некоторые сюрпризы с точки зрения структуры антител, и эти новые генетические открытия еще больше пополняют список биологических новинок в этой очень успешной линии позвоночных».
Вы можете найти исследование, опубликованное в журнале BMC Genomics.