В кишечнике сусликов обитают бактерии, которые перерабатывают мочевину, получая азот, необходимый животным для синтеза белков.
Этот механизм, позволяющий сусликам не терять массу во время спячки, вероятно, поможет решить аналогичную проблему снижения мышечной массы у космонавтов во время длительных полетов.
Многие животные, впадающие в зимнюю спячку, такие как суслики и медведи, вынуждены месяцами существовать за счет одних жировых запасов организма. Обычно продолжительное голодание значительно снижает массу тела и функцию мышц, но не у этих животных. Ученые долго время пытались понять, в чем кроется секрет их успеха.
Еще в 1980 году была предложена идея о «получении азота из мочевины», предполагающая, что суслики используют кишечных бактерий для переработки мочевины. Это конечный продукт белкового обмена, который у млекопитающих выводится вместе с мочой. Мочевина содержит азот, и ученые считали, что суслики могут использовать его повторно для синтеза белков во время спячки. Теперь исследователи из Университета Монреаля подтвердили эту гипотезу и представили доказательства в журнале Science.
Открытие имеет огромное значение для поддержания здоровья космонавтов, поскольку гравитация подавляет синтез белка, и люди во время космического полета, как суслики во время спячки, сталкиваются с потерей мышечной массы. Усиление синтеза белка с использованием азота мочевины могло бы значительно улучшить состояние космонавтов.
Во время экспериментов ученые вводили в кровь подопытных сусликов Ictidomys tridecemlineatus мочевину, помеченную изотопами. Они заменили обычный для живых организмов изотоп углерод-12 на углерод-13, а азот-14 — на азот-15. Это позволило проследить судьбу таких атомов в организме сусликов на всех этапах переработки мочевины.
Оказалось, из крови мочевина попадает в кишечник, где расщепляется живущими там бактериями. Выделенный из нее азот встраивается в метаболиты и потом появляется уже в составе тканевых белков. Этот процесс не наблюдался у сусликов с истощенным кишечным микробиомом, что еще раз подтверждает роль бактерий.
Активнее всего включение азота из мочевины в белки происходило в конце зимы. Как правило, большинство физиологических реакций, напротив, замедляются к выходу из спячки. Однако поддержание этого процесса позволяет сусликам просыпаться в хорошей физической форме, что крайне важно, так как сезон размножения у них начинается сразу после спячки.
Открытие актуально не только для космических полетов. Более 805 миллионов человек по всему миру страдают от недоедания и истощения мышц. Снижение мышечной массы на 30-50% наблюдается и у пожилых людей. Поэтому результаты работы помогут в разработке новых способов улучшения здоровья людей, которые по тем или иным причинам столкнулись со снижением мышечной массы. Один из вариантов — создание таблеток, содержащих необходимые для переработки мочевины бактерии.
Автор: Александра Медведева