Зима в самом разгаре, и многие из нас мечтают свернуться калачиком в теплой пещере и дремать, пока не придет тепло весны, прямо как медведь. У медведей есть способность отсыпаться в суровые зимние месяцы, когда пищи не хватает. Они могут провести от пяти до семи месяцев в спячке. В это время медведи не едят, не пьют, не испражняются и не двигаются. Несмотря на длительность бездействия, у медведей не наблюдается потери костной массы, потери мышечной массы, сердечных осложнений или образования тромбов, как у людей во время продолжительных периодов бездействия.
В недавней статье, опубликованной в Journal of Biological Chemistry, Карен Гьесинг Велиндер из Ольборгского университета в Дании и ее коллеги решили понять, как дикие скандинавские бурые медведи защищают свое здоровье и экономят энергию во время спячки.
«Уловки медведя для адаптации к гибернации могут вдохновить и научить нас предотвращать последствия ограниченной подвижности астронавтов и длительно госпитализированных пациентов», - говорит Велиндер. «Неподвижные люди теряют мышечную и костную массу, заболевают тромбами, атеросклерозом и сердечными заболеваниями. Неподвижные медведи этого не делают. Наше более глубокое понимание огромного физиологического спокойствия, закодированного в геномах животных, может быть использовано для более здорового образа жизни и лечения».
Чтобы понять, как медведи сохраняют свое здоровье во время спячки, Велиндер и его коллеги решили найти различия в уровнях компонентов крови между спящими и не спящими бурыми медведями. Молекулы, циркулирующие в кровотоке, играют важную роль в клеточной защите, транспорте питательных веществ и передаче клеточных сигналов. В этом исследовании исследователи использовали множество инструментов скрининга для анализа молекулярных компонентов в крови, включая количественный протеомный, метаболический и гематологический анализ клеток крови на основе масс-спектрометрии.
Исследователи обнаружили, что секрет сохранения здоровья медведей во время спячки заключается в экономии энергии на синтезе белка. Во время гибернации сложные пути со многими белками отключаются или элиминируются и заменяются небольшим количеством белков с более широкой специфичностью и широким спектром функций. Этот переход от сложности к простоте позволяет медведям уменьшить энергию, необходимую для поддержания важных молекулярных процессов, необходимых для выживания во время спячки.
Велидер и его коллеги обнаружили, что, хотя подавляющее большинство уровней белка снижалось во время гибернации, общая концентрация белка увеличивалась из-за обезвоживания и повышенного уровня сывороточного альбумина. Это изменение позволило медведю тратить меньше энергии на синтез белков для поддержания функционального уровня концентрации белка. Кроме того, деградация белка подавлялась снижением температуры тела на 6 °C и увеличением экспрессии альфа-2-макроглобулина, широко действующего ингибитора протеазы. Это дополнительно сэкономило энергию на дорогостоящем синтезе белка за счет снижения оборота белка.
Велидер и его коллеги обнаружили, что хотя экспрессия белка в целом снизилась, было несколько избранных белков, уровень которых резко повысился во время гибернации. Липаза, активируемая солями желчных кислот, которая может гидролизовать как триглицериды, так и сложные эфиры холестерина, была повышена в 32 раза во время гибернации и позволяла медведям эффективно собирать энергию из накопленного жира. Только три центральных фактора свертывания крови, фибриноген, тромбин и фактор Ха, повышались во время гибернации; вместе эти факторы облегчают заживление ран, допуская локальное образование тромбов только при необходимости. Кроме того, иммунный ответ был упрощен до нескольких антимикробных белков, таких как лизоцим, который действует как врожденная линия защиты от инфекции.
Глобулин, связывающий половые гормоны, резко увеличился в 45 раз во время гибернации, что позволяет предположить, что эта молекула должна играть центральную роль в поддержании гибернации. Велиндер говорит, что механизм действия глобулина, связывающего половые гормоны, во время гибернации до сих пор остается неясным.