Naukowcy odnotowali najwyższy naturalny poziom cukru we krwi, jaki kiedykolwiek zaobserwowano u ssaków, i mają teraz nadzieję, że pomoże im to lepiej zrozumieć cukrzycę.
Niedawne badania podkreślają, w jaki sposób neotropikalne nietoperze liściaste radzą sobie z wyjątkowo wysokim poziomem cukru we krwi poprzez unikalne adaptacje ewolucyjne w różnych gatunek. Badania te mogą wyznaczyć nowe kierunki leczenia zaburzeń metabolicznych u ludzi.
Ewolucyjne spostrzeżenia nietoperzy na temat zarządzania poziomem cukru we krwi
Ludzie muszą regulować stężenie cukru we krwi, aby zachować zdrowie i zasilać swoje komórki. Za mało lub za dużo może powodować poważne komplikacje zdrowotne, a wysoki poziom cukru we krwi jest cechą charakterystyczną choroby metabolicznej, czyli cukrzycy. Nowe badania przeprowadzone przez Stowers Institute for Medical Research mogą umożliwić potencjalne rozwiązania chorób metabolicznych poprzez zwrócenie się w stronę ewolucji i nietoperzy.
Opublikowano dzisiaj (28 sierpnia 2024) w Ekologia i ewolucja przyrodybadanie prowadzone przez współautorów, współautorów badań podoktoranckich dr Jasmin Camacho i byłą badaczkę Stowers, Andreę Bernal-Riverę z laboratorium dr Nicolasa Rohnera, współautora Stowers, wykazało najwyższy naturalnie występujący poziom cukru we krwi jakie kiedykolwiek zaobserwowano u ssaków, co sugeruje, że dzięki tej ekstremalnej cesze nietoperze wykształciły strategie pozwalające przetrwać, a nawet prosperować.
Nowe badanie wykazało najwyższe naturalnie występujące stężenie cukru we krwi u ssaków, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, co sugeruje, że nietoperze wyewoluowały strategie pozwalające przetrwać, a nawet rozwijać się, dzięki tej ekstremalnej cesze. Źródło: Instytut Badań Medycznych Stowersa
Unikalne adaptacje dietetyczne u neotropikalnych nietoperzy liściastych
„Nasze badanie wykazało, że poziom cukru we krwi jest najwyższy, jaki kiedykolwiek widzieliśmy w naturze – który byłby śmiertelny i powodowałby śpiączkę dla ssaków, ale nie dla nietoperzy” – powiedział Camacho. „Widzimy nową cechę, o której nie wiedzieliśmy, że jest możliwa”.
Trzydzieści milionów lat temu neotropikalny nietoperz liściasty żył wyłącznie na owadach. Od tego czasu nietoperze te zróżnicowały się na wiele różnych gatunków, zmieniając sposób, w jaki jedzą. Od owadów po różne linie specjalizują się obecnie w dietach obejmujących owoce, nektar, mięso i wszystko pomiędzy – nawet tylko krew.
„Przyglądanie się zwierzętom, które istniały przez miliony lat, pozwala nam zacząć katalogować zmiany, które zaszły w wyniku ewolucji” – powiedział Camacho. „To, co sprawia, że neotropikalne nietoperze liściaste są tak wyjątkowe w badaniach, to fakt, że grupa ta składa się z wielu różnych gatunków o bardzo zróżnicowanej diecie, co umożliwia znalezienie odpowiedzi na temat ewolucji diety. Mamy nadzieję, że będziemy mogli rozszerzyć tę wiedzę na inne ssaki, w tym ludzi, gdzie mogą istnieć sposoby na nauczenie się, jak lepiej chronić własne zdrowie”.
Badania terenowe dotyczące tolerancji glukozy u nietoperzy
Aby odkryć, w jaki sposób nietoperze różnicują swoją dietę, zespół udał się do dżungli Ameryki Środkowej, Ameryki Południowej i na Karaibach, aby przez kilka lat prowadzić badania terenowe. Te wyprawy typu „złów i wypuść” skupiały się na przeprowadzeniu testów tolerancji glukozy – mierzących stężenie cukru we krwi – na prawie 200 złowionych na wolności nietoperzach spośród 29 gatunków, po jednorazowym karmieniu jednym z trzech rodzajów cukrów związanych z dietą owadów: owoce lub nektar.
„Zaobserwowaliśmy różne sposoby asymilacji cukru – wchłaniania, przechowywania i wykorzystania w organizmie – oraz to, jak proces ten wyspecjalizował się w wyniku różnych diet” – powiedziała Bernal-Rivera.
Implikacje dla badań nad metabolizmem człowieka
Mechanizm utrzymywania poziomu cukru we krwi w wąskim, zdrowym zakresie nazywa się homeostazą glukozy i jest zwykle regulowana przez hormon insulina i to właśnie dzieje się nie tak w przypadku cukrzycy. Różne gatunki nietoperzy liściastych wykazują spektrum adaptacji do homeostazy glukozy, począwszy od zmian w anatomii jelit po zmiany genetyczne w białkach transportujących cukier z krwi do komórek.
„Nietoperze owocożerne udoskonaliły swój szlak sygnalizacji insuliny, aby obniżyć poziom cukru we krwi” – powiedział Camacho. „Z drugiej strony nietoperze nektarowe tolerują wysoki poziom glukozy we krwi, podobny do tego, który obserwuje się u osób z nieuregulowaną cukrzycą. Wyewoluowali inny mechanizm, który nie wydaje się zależny od insuliny”.
Chociaż dokładny sposób, w jaki nietoperze nektarowe radzą sobie z glukozą, jest wciąż przedmiotem badań, naukowcy znaleźli potencjalne wskazówki dotyczące alternatywnych strategii metabolicznych regulujących poziom glukozy. Zaobserwowano, że nietoperze na diecie bogatej w cukier mają dłuższe odcinki jelit i komórki jelitowe o większej powierzchni do wchłaniania składników odżywczych z pożywienia w porównaniu z nietoperzami na innej diecie. Ponadto nietoperze nektarowe, różniące się od nietoperzy owocożernych, wykazują ciągłą ekspresję genu odpowiedzialnego za transport cukru, co jest cechą obserwowaną również u gatunku kolibrów.
„To badanie odkrywa niezwykle ważne zasoby w tej dziedzinie” – powiedział dr Nadav Ahituv, profesor bioinżynierii i genetyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco. „Pokazuje nie tylko charakterystykę metaboliczną różnych gatunków nietoperzy stosujących różną dietę, ale także morfologię ich jelit oraz potencjalne regiony genomowe i różnice w strukturze białek, które mogą wpływać na adaptacje dietetyczne”.
„Zestawy danych będą paliwem dla przyszłych badań, których celem będzie różnicowanie różnic w diecie ssaków i mogą przyczynić się do postępu w opracowywaniu nowych terapii różnych chorób metabolicznych u ludzi” – powiedział Ahituv.
Odniesienie: „Asymilacja cukru leżąca u podstaw ewolucji diety nietoperzy neotropikalnych” 28 sierpnia 2024 r., Ekologia i ewolucja przyrody.
DOI: 10.1038/s41559-024-02485-7
Dodatkowi autorzy to Valentina Peña, dr Sofia Robb, dr Jonathon Russell, dr Kexi Yi, dr Yongfu Wang, dr Dai Tsuchiya i Oscar Murillo-Garcm.in. doktorat
Praca ta była wspierana przez stypendia badawcze podoktoranckie w dziedzinie biologii National Science Foundation (nagroda: 2109717), program wzbogacania różnorodności podoktoranckiej Burroughs Wellcome Fund (nagroda: G-1022339), program stypendialny Instytutu Medycznego Howarda Hughesa im. Hanny H. Gray Fellows (nagroda: GT15991) oraz przy wsparciu instytucjonalnym Instytutu Badań Medycznych Stowersa. Część prac terenowych przeprowadzonych na potrzeby tego badania była wspierana przez Contribución a la conservación del Bosque seco Tropical del Valle del Cauca (zezwolenie CVC: 1122) z Instytutu Badań i Ochrony Dziedzictwa Kulturowego i Naturalnego Valle del Cauca.
