Питон не кусает. Он жадно кусает, сжимает и проглатывает свою добычу целиком, при этом его вес может достигать 100% от массы его собственного тела. Но даже когда он бесшумно ползает по лесу, между такими огромными порциями пищи могут проходить месяцы или даже год. Такой режим экстремального пиршества и голодания истощает их метаболизм гораздо сильнее, чем это происходит у людей в повседневной жизни.
Теперь исследователи из Стэнфордской медицинской школы и Университета Колорадо в Боулдере обнаружили, что метаболит, концентрация которого увеличивается в 1000 раз у питонов после обильного приёма пищи, заставляет ожиревших лабораторных мышей отказываться от гранулированного корма и терять вес, имитируя действие препаратов семаглутида, таких как Оземпик и Вегови.
Хотя пока рано говорить о том, станет ли этот метаболит, называемый pTOS, новым препаратом для похудения у человека, исследование подтверждает важность изучения крайних проявлений в животном мире. Рептилии неоднократно дарили людям клинически значимые лекарства.
Змеиный яд полон биологически активных соединений, из которых были разработаны лекарства от артериального давления и антикоагулянты. А семаглутид появился благодаря открытию гормона у ядозуба, регулирующего уровень сахара в крови.
«У млекопитающих относительно узкий физиологический и метаболический диапазон», — говорит Джонатан Лонг, доктор философии, доцент кафедры патологии и член Института нейронаук им. В. Цая. «Люди, например, съедают около 1–2% от своей массы тела за один приём пищи и едят примерно три раза в день», в отличие от змей, которые едят редко и чья физиология резко меняется после еды.
«Очевидно, мы не змеи. Но, возможно, изучая этих животных, мы сможем выявить молекулы или метаболические пути, которые также влияют на метаболизм человека».
Лонг является ведущим автором исследования, опубликованного в журнале Nature Metabolism. Соавторами исследования являются постдокторант Шуке Сяо, доктор философии; Мэнцзе Ван, доктор медицины, доктор философии, постдокторант Университета Южной Флориды; и Томас Мартин, доктор философии, постдокторант Университета Колорадо в Боулдере.
Это не совсем лабораторные мыши
Питон — не самые распространенные лабораторные животные. В дикой природе он может весить до 90 килограммов и жить более 20 лет — это совсем не то же самое, что изящные лабораторные мыши. Но его впечатляющая физиологическая реакция на внезапный приём большого количества пищи привлекла внимание исследователей.
В течение нескольких часов после еды органы питонов, включая сердце, начинают увеличиваться в размерах на 50% и более; их потребность в энергии возрастает — пищеварение требует калорий! — более чем на 40%; а клетки, которые обычно не делятся, например, бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, резко увеличиваются в количестве.
Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере, изучающие заболевания сердца, заинтересовались внезапным увеличением сердца у питонов после кормления и случайно обнаружили метаболит. Они исследовали кровь молодых бирманских питонов весом от 1,6 до 2,5 кг до и после приёма пищи, составляющей около 25% от их веса.
В дикой природе бирманские питоны могут обходиться без еды от 12 до 18 месяцев; лабораторные змеи голодали 28 дней перед кормлением. Аналогичные эксперименты проводились и на шаровидных питонах — более мелких родственниках бирманского питона.
Учёные выявили более 200 молекул, называемых метаболитами, концентрация которых в крови питонов увеличилась как минимум в 32 раза в течение нескольких часов после еды, и 24 молекулы, концентрация которых снизилась на ту же величину. Одна из них увеличилась более чем в 1000 раз — резкий скачок, вызванный приёмом пищи. Эта молекула, которую исследователи впоследствии идентифицировали как pTOS, является малоизученным метаболитом у человека и известна в основном как молекула, выводимая с мочой.
«Мы задавались вопросом, влияет ли этот метаболит на какие-либо физиологические изменения у змеи после кормления», — сказал Лонг. «Но когда мы вводили pTOS лабораторным мышам в количествах, аналогичных тем, которые мы наблюдали у питонов после еды, мы не увидели никакого влияния на расход энергии, пролиферацию бета-клеток или размер органов. Зато он регулировал аппетит и пищевое поведение мышей».
Исследователи обнаружили, что мыши с ожирением, получавшие pTOS, потребляли значительно меньше пищи, чем контрольные мыши, и через 28 дней потеряли 9% своей массы тела по сравнению с контрольными животными. У похудевших мышей не наблюдалось изменений в потреблении воды, расходе энергии или двигательной активности на протяжении всего периода лечения.
Дополнительные эксперименты показали, что эффект pTOS не обусловлен изменениями в гормонах, регулирующих пищевое поведение, или снижением скорости опорожнения желудка, что является одним из способов, с помощью которого распространенные препараты GLP-1, такие как Оземпик, снижают аппетит.
Дальнейшие эксперименты показали, что pTOS является побочным продуктом расщепления тирозина — аминокислоты, присутствующей в пищевом белке, — бактериями в кишечнике. Обработка питонов антибиотиками перед кормлением устранила связанное с приёмом пищи повышение уровня pTOS.
«Нам удалось выяснить механизм образования pTOS после приёма пищи посредством метаболизма тирозина в кишечнике и печени», — сказал Лонг.
«Мы также обнаружили, что затем он попадает в область мозга, называемую гипоталамусом, которая является хорошо известным регулятором энергетического гомеостаза. Там он активирует нейроны, участвующие в регуляции пищевого поведения».
Метаболит в организме человека
Затем исследователи изучили шесть общедоступных наборов данных крови здоровых добровольцев до и после приёма пищи. В пяти из шести случаев уровень pTOS повышался после еды, но лишь примерно в два-пять раз. Такое небольшое повышение у людей было бы крайне сложно выделить среди множества других метаболических изменений, связанных с питанием, что иллюстрирует ценность использования питонов в качестве модельного животного.
Но некоторые люди оказались более похожими на змей, чем другие. У одного человека из баз данных после еды наблюдалось более чем 25-кратное увеличение pTOS, достигающее концентрации, сравнимой с питоновой. (Поскольку эти наборы данных были получены в ходе ранее проведенных исследований, невозможно узнать, чувствовал ли этот человек себя более сытым или съел меньше, чем другие участники исследования.)
Хотя необходимо провести дополнительные исследования возможного использования pTOS у людей для подавления аппетита, питоны предоставили исследователям множество дополнительных молекул для изучения.
«Мы создаём картину молекул, различающихся по распространенности после употребления пищи во всех органах этих змей», — сказал Лонг. «Мы уже обнаружили множество молекул, похожих на гормоны, но не имеющих никакого сходства с известными гормонами мышей или людей. Это своего рода открытие природных соединений».
Лонг и его коллеги предполагают, что, подобно лекарствам от артериального давления и антикоагулянтам, некоторые из этих молекул могут быть полезны в клинической практике. «Возможно, пациенту с диабетом 1 типа, вызванным нарушением функции бета-клеток, может помочь молекула змеи, стимулирующая деление клеток, или человек с заболеванием печени может принимать препарат, полученный из змеи, который способствует ремоделированию органов», — сказал Лонг.
Он отметил, что среди учёных существует интерес к расширению возможностей человека, например, к созданию вакцин, усиливающих иммунный ответ. «Возможно, эта концепция использования молекул, впервые обнаруженных у змей или других животных, может быть распространена на многие другие аспекты здоровья человека», — сказал он.
«Мы с нетерпением ждём возможности изучить этих змей и других „экстремальных“ животных, чтобы вдохновить на будущие открытия», — добавил он.
Мастер пера, обрабатывает новостную ленту.
