Некоторые животные "программируют" свои сердца на выживание при недостатке кислорода

Исследователи из Манчестерского университета и Университета Северного Техаса выяснили, как некоторым животным удаётся выживать в условиях кислородного голодания. Оказывается, на эмбриональном этапе развития сердце может быть "запрограммировано" на выживание в среде с экстремально низким содержанием кислорода. Благодаря этому организм и в дальнейшем сможет справляться с недостатком живительного химического элемента.

Авторы работы поясняют, что их заинтересовали биологические механизмы, благодаря которым черепахи могут прожить в условиях кислородного голодания до полугода.

Объектом исследования стали каймановые черепахи, также известные как кусающиеся. Эти рептилии зимуют в прудах и озёрах, зарываясь в ил на дне. В северных районах такая спячка длится с октября по май, и водоём может покрываться тонким слоем льда.

При этом потомство черепах поблажек не получает и пребывает в столь же суровых условиях. Именно это, судя по всему, становится решающим фактором для развития "толерантности к низким концентрациям кислорода", выяснили специалисты.

Для работы они использовали каймановых черепах, половина из которых на эмбриональной стадии развития пребывала в среде с нормальным уровнем кислорода (21%), а другая половина развивалась в условиях кислородного голодания (10%).

Впоследствии специалисты изолировали клетки сердечной мышцы черепах и практически лишили их кислорода, фиксируя при этом изменения водородного показателя (pH), уровень внутриклеточного кальция (который помогает сокращать сердечные мышцы) и молекул, известных как активные формы кислорода.

Затем исследователи насытили среду кислородом, однако изучаемые клетки не получили видимых повреждений, что произошло бы с клетками животных, неприспособленных к гипоксии. (Поясним, что активные формы кислорода могут становиться токсичными, когда ткань слишком быстро насыщается кислородом после гипоксии.)

Как оказалось, кислородное голодание на ранних стадиях развития вызывает эпигенетические изменения (включение или выключение определённых генов), благодаря чему животное получает своего рода иммунитет к гипоксии на всю оставшуюся жизнь. Поэтому даже в экстремальных условиях орган продолжает выполнять свои функции (сократительную, метаболическую и другие) должным образом.

Это открытие имеет большое значение для медицины: новые данные можно использовать для борьбы с повреждениями сердца, вызванными гипоксией.

Она может наступить, к примеру, во время сердечного приступа или во время операции по пересадке сердца. Тогда жизненно важный орган будет повреждён и не сможет функционировать должным образом.

Поскольку сердечные клетки у черепах и людей анатомически очень похожи, специалисты надеются, что механизмы, защищающие черепашьи сердца от повреждений, будут работать и в случае с человеческими органами.

"Мы впервые продемонстрировали, что путём воздействия гипоксии во время раннего развития можно изменить степень толерантности, которую имеют черепахи к среде с низким содержанием кислорода, – сказал один из ведущих авторов работы Илан Рур (Ilan Ruhr) из Университета Манчестера. – Теперь мы надеемся выделить те эпигенетические "подписи", которые помогают черепахам так долго выживать без кислорода, чтобы разработать препараты, которые смогут "включать" устойчивость к низкому содержанию кислорода в сердцах людей".

Более подробное описание этой работы содержится в статье, представленной в журнале Proceedings of the Royal Society B.