Просто замедляя свой метаболизм, плодовые мушки-мутанты могут превратиться из нуля в героя.
В новом исследовании Северо-Западного университета исследователи замедлили скорость метаболизма плодовых мушек-мутантов на 50%, и ожидаемые пагубные последствия многих мутаций так и не проявились. После экспериментального тестирования множества различных генетических мутаций плодовых мушек исследователи каждый раз получали один и тот же результат.
«Когда мухи развивались с нормальной скоростью, возникали проблемы с развитием», - сказал Ричард Картью из Northwestern, руководивший экспериментальным исследованием. «Когда мы замедлили скорость, проблемы в развитии исчезли. Они медленнее развиваются и растут медленнее, но в остальном они нормальные животные».
«Это переворачивает парадигму всего, что мы знаем о разработке», - добавил Луис Амарал из Northwestern, который руководил вычислительными исследованиями. «Мы всегда думали, что если «сломать» некоторые гены, это будет иметь серьезные последствия для развития. Оказывается, это не так для некоторых генов - до тех пор, пока вы также замедляете метаболизм растущего организма».
Исследование может объяснить ряд факторов, например, почему цыплята, выращиваемые на заводских фермах, которые выращиваются для гиперроста, имеют больше проблем с развитием или почему ограничение калорийности связано с долголетием.
Исследование будет опубликовано 25 июля в журнале Cell. Картью является профессором молекулярной биологии в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга и профессором биохимии и молекулярной генетики в Медицинской школе Файнберга. Амарал - профессор химической и биологической инженерии Эрастуса О. Хейвена в Инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета.
Возможно, самым поразительным открытием исследования стало то, что плодовые мушки с замедленным метаболизмом могут жить без каких-либо микроРНК, что ранее считалось невозможным. МикроРНК, обнаруженные у всех видов растений и животных, играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов. Проще говоря: микроРНК контролируют развитие, физиологию и поведение.
«Из 20-летних исследований мы знаем, что микроРНК необходимы для жизни. Если бы у вас не было микроРНК, вы были бы мертвы. Все просто», - сказал Картью. «В нашем исследовании мы замедлили метаболизм плодовых мушек, которые вообще не производили микроРНК. Они выжили, выросли и стали нормальными взрослыми.
«Наши результаты заключаются в том, что все это семейство регуляторов генов не является необходимым», - добавил он. «Все, что вам нужно сделать, это замедлить метаболизм примерно на 50%.»
Нобелевский лауреат Томас Хант Морган впервые отметил связь между питанием и генетическими мутациями в 1915 году. Когда он выращивал плодовых мух-мутантов на ограниченном количестве плохой пищи, Морган заметил, что некоторые мутации никогда не проявлялись.
"Он думал, что это было интересно, но у него не было никакого объяснения", сказал Картью.
Картью и Амарал теперь считают, что ответ заключается в контроле с обратной связью. Распространенный в биологии, технике, экономике и многих других областях, контроль с обратной связью позволяет сложным системам регулировать производительность для достижения желаемого результата. После завершения сотен экспериментов в течение нескольких лет дуэт из Северо-Запада считает, что более медленный метаболизм дает системам животных время для исправления ошибок.
«Когда вы смотрите на все различные белки и гены, которые взаимодействуют внутри клетки, вы можете быть поражены всеми компонентами и взаимодействиями между ними», - сказал Амарал. «Если вы быстро растете и что-то пойдет не так, это может привести к катастрофе. Вам нужны эти сложные сети, потому что они увеличивают избыточность, чтобы предотвратить катастрофу.
«Но если вы медленно растете, вам может не понадобиться такая сложная система», - сказал он. «У вас есть больше времени, чтобы приспособиться к ошибкам и отреагировать на изменения».
Другими словами, если вы дадите системе больше времени, она в конечном итоге доберется до того места, где должна быть. Картью, который также является членом Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета, сказал, что это открытие может в конечном итоге быть применено к раку.
"Опухоли чрезвычайно метаболически активны", сказал он. «Опухоли поглощают огромное количество энергии, поэтому больные раком часто истощены. Потенциально мы могли бы подумать о способах воздействия на метаболизм раковых клеток. Возможно, замедлив скорость их метаболизма, мы могли бы помешать онкогенным мутациям в опухолевых клетках выражать их раковый фенотип».