Hibernujące niedźwiedzie mogą pomóc nam w leczeniu cukrzycy

Zdjęcie wykonane przez Robert Hubner, Washington State University

Naukowcy odkryli osiem kluczowych białek, występujących również u ludzi, które pomagają uchronić niedźwiedzie grizzly przed wystąpieniem u nich cukrzycy.

Melissa Hobson

Opublikowano 27 września, 2022

Jeśli człowiek zjadałby dziesiątki tysięcy kalorii dziennie, spuchnął by, a następnie ledwo się poruszał przez wiele miesięcy, skutki zdrowotne byłyby katastrofalne. Naukowcy od dawna zastanawiali się, dlaczego to samo zachowanie nie prowadzi do cukrzycy u niedźwiedzi grizzly, jednakże ta tajemnica została wreszcie rozwikłana. 

Podając wodę z miodem hibernującym niedźwiedziom, naukowcy z Washington State University, uniwersytetu w Stanach Zjednoczonych, odkryli genetyczne wskazówki na temat tego, jak te niedźwiadki mogą kontrolować poziom swojej insuliny. Wyniki ich badań, opublikowane w magazynie naukowym iScience, mogą przyczynić się do rozwoju lepszych metod leczenia cukrzycy u ludzi.

Insulina jest hormonem występującym u większości ssaków, który reguluje poziom cukru we krwi, na przykład powodując, że wątroba, mięśnie oraz komórki tłuszczowe wchłaniają cukier we krwi,  który jest źródłem energii. Jednakże, jeśli dużo cukru we krwi dostanie się do krwiobiegu, z czasem komórki przestają reagować i stają się odporne na insulinę. Jest to główna przyczyna cukrzycy typu II, choroby, która może prowadzić do zawału serca, udaru mózgu oraz ślepoty. Około 1 na 10 Amerykanów, czyli około 37 milionów ludzi, cierpi na cukrzyce typu II. Jednak w przeciwieństwie do ludzi, niedźwiedzie potrafią w tajemniczy sposób kontrolować swoją insulinooporność, włączając ją i wyłączają jak przełącznik. 

Aby dowiedzieć się jak to jest możliwe, naukowcy w WSU Bear Center, ośrodku badawczym w Pullman w stanie Waszyngton, pobrali surowicę krwi od sześciu trzymanych w niewoli niedźwiedzi grizzly, w wieku od 5, do 13 lat. Pobrali także niedźwiedzią tkankę tłuszczową, którą wykorzystali do hodowli kultur komórkowych w laboratorium. „Daje nam to możliwość przetestowania rzeczy, których nie moglibyśmy zrobić u w pełni dorosłego niedźwiedzia,” mówi współautorka badań, Blair Perry, badaczka podoktorancka na uniwersytecie w Waszyngtonie. 

Ten eksperyment pomógł zespołowi odkryć tajemnicę niedźwiedzi oraz tego, jak kontrolują one swoja insulinę. Osiem kluczowych białek, które wydają się odgrywać wyjątkową rolę w niedźwiedziej biologii, pracują niezależnie bądź też razem, aby podczas hibernacji pomóc w regulacji insuliny.

Ponieważ ludzie dzielą większość swoich genów z niedźwiedziami, zrozumienie roli, jaką odgrywa te osiem białek może nauczyć naukowców więcej o ludzkiej insulinooporności, mówi Perry. 

Niedźwiedzie sezony

Niedźwiedzie grizzly, występujące w niektórych częściach zachodnich Stanów Zjednoczonych, Kanady oraz Alaski, przechodzą przez trzy etapy w ciągu roku: fazę aktywności, fazę hiperfagii oraz fazę hibernacji. Wiosna i latem te masywne ssaki spędzają czas na żerowaniu, godach oraz opiece nad młodymi. Jesienią zwierzęta te przechodzą w hiperfagie, kiedy to „właściwie cała ich energia jest przeznaczona na pochłanianiu jak największej ilości pokarmu,” mówi Perry. 

Niedźwiedzie grizzly żerują w WSU Bear Center w Pullman w stanie Waszyngton. Placówka badawcza jest jedynym tego typu ośrodkiem w USA. 

Zdjęcie wykonane przez Roberta Hubnera, Washington State University

W tym okresie niedźwiedzie spożywają do 20.000 kalorii dziennie oraz przybierają na wadze aż do 3,5 kilograma dziennie, a wszystko to po to, aby przygotować się na nadchodzącą zimę.

Kiedy niedźwiedzie zaczynają hibernować na początku zimy, polegają na swoich złogach tłuszczu, aby przetrwać zimne miesiące. Hibernacja jest „czymś więcej, niż tylko głębokim snem,” mówi Perry. „To, co pozwala niedźwiedziom na przetrwanie tych długich zim bez żadnego pokarmu, to wiele zmian fizjologicznych.” Tempo ich metabolizmu, tętno, oraz temperatura ich ciała spadają a same niedźwiedzie stają się odporne na insulinę. 

Hibernujące niedźwiedzie doświadczają okresów czuwania, podczas których poruszają się, ale nie jedzą. Kiedy badane niedźwiedzie się obudziły, zespół przez dwa tygodnie karmił je wodą z miodem, ich ulubionym przysmakiem, a następnie pobrał im krew. Zespół badawczy miał już próbki krwi pobrane od tych samych niedźwiedzi wiosną oraz latem. 

Następnie w laboratorium badacze połączyli różne surowice krwi z kulturami komórkowymi różnych typów, na przykład zmieszali kulturę komórkową z tkani tłuszczowej pobranej od hibernujących niedźwiedzi, z surowica krwi pobrana od niedźwiedzi w fazie aktywnej. Pozwoliło to zespołowi ustalić, jakie zmiany genetyczne zajdą w komórkach. 

Ze wszystkich badanych kombinacji, surowica pobrana od zimujących niedźwiedzi karmionych miodem najbardziej pomogła w odkryciu tych ośmiu kluczowych białek zaangażowanych w regulacje wrażliwości i oporności na insulinę. 

Dla Mike’a Sawaya, biologa zajmującego się niedźwiedziami z Sinopah Wildlife Research Associates, który nie brał udziału w badaniu, to „fascynujące badanie” przede wszystkim ukazuje, jak wiele z tego, co dowiedzieliśmy się o niedźwiedziej hibernacji może mieć realny wpływ na ludzkie zdrowie. 

Nienasycone apetyty niedźwiedzi grizzly wyjaśnione

„Identyfikacja tych ośmiu białek jest ważnym krokiem,” mówi Sawaya, podobnie jak określenie „dokładnie co jest włączane i wyłączane,” gdy niedźwiedzie zmieniają swoja insulinooporność. 

O krok bliżej do profilaktyki cukrzycy?

Podczas gdy insulinooporność i jej konsekwencje są już nam dobrze znane, pozostaje jeszcze wiele do odkrycia na temat jej genetyki. Badanie tego, w jaki sposób niedźwiedź co roku przechodzi i wychodzi z insulinooporności, daje naukowcom „wyjątkową okazję” na lepsze zrozumienie genetyki tej choroby, dodaje Perry.

Na przykład odkrycie, jak manipulować tymi ośmioma białkami u człowieka, może potencjalnie „odwrócić insulinooporność,” mówi Perry. Takie leki lub interwencje są konceptem jeszcze bardzo odległym, „ale jesteśmy coraz bliżej,” mówi.

Sawaya zgadza się, że jest to „zdecydowanie kolejny element układanki” oraz ma nadzieję, że rozwikłanie tajemnic fizjologii niedźwiedzi może doprowadzić do efektywnego zapobieganie cukrzycy.

W przyszłych badaniach, zespół ma nadzieje dokładnie określić, w jaki sposób te konkretne białka wyłączają insulinooporność u niedźwiedzi.