Что помогает животным пережить длительную гипоксию?

Ученые ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» изучают молекулярные механизмы устойчивости амфибий к состояниям гипоксии и ишемии. Понимание этих процессов в перспективе может помочь разработать новые способы лечения подобных патологий у человека.

Человек, как и большинство млекопитающих, крайне чувствителен к гипоксии (кислородному голоданию). Даже кратковременное, на несколько минут, ограничение количества потребляемого кислорода влечет за собой необратимые патологические изменения в некоторых органах и, как следствие, смерть. Локальное ограничение количества кислорода (ишемия) — также часто встречающаяся патология человека.

Один из самых устойчивых к гипоксии видов млекопитающих — голый землекоп (Heterocephalus glaber) — способен выдержать 10—20 минут без кислорода. В то же время среди других групп позвоночных есть примеры гораздо более выдающейся устойчивости: некоторые виды рептилий и рыб могут выживать недели и месяцы при полном отсутствии кислорода.

Недавно в поле зрения ученых попали лягушки. Точнее, один конкретный вид — сибирская, или амурская лягушка (Rana amurensis). «Традиционно считалось, что амфибии заметно хуже переносят отсутствие кислорода, чем рептилии. Но, как показали исследования наших коллег из Магадана под руководством доктора биологических наук Даниила Иосифовича Бермана (Институт биологических проблем Севера ДВО РАН), сибирская лягушка адаптировалась к зимовке в заморных водоемах, где к концу зимы в воде практически не остается кислорода. Однако лягушки не только месяцами способны жить в этих условиях, но даже сохраняют определенную двигательную активность», — рассказал старший научный сотрудник ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Сергей Викторович Шеховцов.

Для изучения механизмов адаптации к отсутствию кислорода, которые сформировались у лягушек, ученые сравнивают биохимические механизмы и геномы трех видов лягушек: высокоустойчивый к гипоксии вид (сибирская лягушка, R. amurensis), среднеустойчивый (остромордая лягушка, R. arvalis) и неустойчивый (дальневосточная лягушка, R. dybowskii).

Исследование метаболомов печени и сердца сибирской лягушки показало: в состоянии гипоксии резко увеличиваются концентрации маркеров гипоксии (лактата, аланина, сукцината и других). Амфибия испытывает сильный энергетический стресс, проявляющийся в резком изменении соотношений АТФ/АДФ, NAD+/NADH и креатинфосфат/креатин. Кроме того, у R. amurensis сильно повышен уровень глутатиона, что можно интерпретировать как подготовку к стрессу реоксигенации.

«Следующий шаг — понять, какие гены и белки задействованы в механизме адаптации. Это единственный пример такой устойчивости среди наземных позвоночных, недавно открытый и потому совершенно не изученный, чем и обуславливается ценность нашего проекта для фундаментальной науки», — подчеркнул Сергей Шеховцов.

Исследование имеет также определенные прикладные перспективы. Информация о том, как формируется устойчивость к состояниям гипоксии и ишемии, какие белки и гены вовлечены в этот процесс, может быть востребована при разработке новых способов терапии подобных патологий и у человека.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Пресс-служба ФИЦ ИЦиГ СО РАН