Как они это делают? Голые землекопы способы выжить без кислорода 18 минут

Голые землекопы – супергерои среди лабораторных животных. Они практически не чувствуют боль и почти никогда не болеют раком. Недавно учёные обнаружили ещё одну "суперсилу" этих животных: они способны выжить более 18 минут без кислорода. И делают это голые земплекопы по сути при помощи переключения своего организма от использования одного вида "топлива" к другому. Подобная стратегия выживания может помочь исследователям найти новые способы борьбы с инсультом и инфарктом у людей.

"Невероятный подвиг для млекопитающих", — считает физиолог Грант Макклелланд (Grant McClelland) из университета Макмастера (Канада).

Голые землекопы является невероятно устойчивыми к воздействию воздуха с высоким содержанием углекислого газа и с небольшим содержанием кислорода. Небольшие по размеру безволосые млекопитающие обитают в колониях численностью до 300 особей, все они "прописываются" в подземных норах, где кислорода, естественно, может быть очень мало.

И чтобы выяснить, насколько мало кислорода им нужно, нейробиолог Томас Парк (Thomas Park) из Иллинойского университета в Чикаго и физиолог Гэри Левин (Gary Lewin) из Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка в Берлине разместили голых земплекопов и мышей в камеру без кислорода. Мыши умерли менее чем через минуту, со второй группой грызунов такого не произошло. Их сердцебиение замедлилось с 200 ударов в минуту до 50, а потом они быстро потеряли сознание. Но даже проведя 18 минут в бескислородной камере, они полностью восстановились, как только их вернули в нормальную среду.

Возможно, что всё дело в том, как голые земплекопы усваивают сахар. Люди и другие млекопитающие расщепляют глюкозу для получения энергии во время многоэтапного процесса – гликолиза. Для этого требуется кислород, без которого побочные продукты (например, лактат) начинают строить то, что подавляет первые шаги гликолиза, а выработка энергии прекращается. Запасы энергии быстро истощаются, особенного в головном мозге, и клетки начинают умирать.

Занимаясь поиском химических изменений у голых землекопов, испытывающих практически кислородное голодание, исследователи обнаружили резкий рост уровня сахара в крови – фруктозы и сахарозы (молекулы, состоящей из фруктозы и глюкозы). И по сравнению с другими млекопитающими, в организмах голых землекопов также наблюдался более высокие уровни GLUT5 (молекулы, которая перевозит фруктозу в клетки) и фермента, который преобразует фруктозу в форму, способную "регистрировать" гликолиз.

"Всё вместе это позволяет голым земплекопам использовать фруктозу в качестве топлива вместо глюкозы при отсутствии кислорода", — говорит Левин. По словам Макклелланда, даже рыбы или черепахи, способные долго обходиться без кислорода, не изменяют процедуру гликолиза таким образом.

"Я очарована подобным переключением от глюкозы к фруктозе", — говорит биолог Рошель Буффенштайн (Rochelle Buffenstein), изучавшая голых землекопов более 30 лет. Она отмечает, что даже спустя столь продолжительный период исследований животные всё равно сумели её удивить. По её мнению, специалисты должны теперь занять поиском других животных, обитающих в бедной кислородом среде, у которых может наблюдаться схожий процесс.

Между тем физиолог Гёран Эрик Нильссон (Göran Erik Nilsson) из Университета Осло предупреждает, что пока не ясно, насколько переключение на фруктозу важно при выживаемости животных. Другие механизмы, например, замедление обмена веществ, также играют в этом определённую роль.

Лучшее понимание этого процесса поможет и в медицине, уверены специалисты. Так, во время инсульта или сердечного приступа подача кислорода в мозг прерывается, и клетки мозга начинают умирать уже в течение нескольких минут, говорит Парк. "Если бы мы смогли активизировать "канал" фруктозы, мы могли бы значительно расширить этот промежуток времени", — говорит он.

Результаты "бескислородного" исследования опубликованы в научном издании Science.