Nauka

Golec – orkiestra zdrowia

Tajemnica długowieczności golca afrykańskiego

Golec afrykański Golec afrykański Neil Bromhall / BEW
Jedne z najdziwniejszych zwierząt świata, afrykańskie golce, stały się ulubionym obiektem badań specjalistów od biomedycyny. Chcą im wydrzeć tajemnice niezwykle długiego życia, braku objawów starzenia się, wyjątkowej odporności na raka, niedotlenienie i ból.
Przyczyn odporności golców na raka jest zapewne kilka. Za jedną z najważniejszych naukowcy uznali nietypową budowę kwasu hialuronowego.Neil Bromhall/SPL/EAST NEWS Przyczyn odporności golców na raka jest zapewne kilka. Za jedną z najważniejszych naukowcy uznali nietypową budowę kwasu hialuronowego.

Artykuł w wersji audio

Sensacyjna wiadomość obiegła świat: u dwóch golców wykryto raka! Co prawda oba były już stare i pochodziły z ogrodów zoologicznych, w których dominował chów wsobny. Na dodatek jeden z golców trzy miesiące później wyzdrowiał. Ale i tak w lutym 2016 r. serwisy internetowe zaroiły się od nagłówków typu „Golce CHORUJĄ na raka!”. Dla kogoś, kto nie śledził wcześniejszych badań, mogłoby to się wydawać co najmniej dziwaczne. Kogo bowiem obchodzą choroby golców?

Te zwierzęta nie mają przecież znaczenia w gospodarce ludzkiej, jak krowy czy świnie. Nie są też ulubieńcami salonów, jak psy czy koty. Ba, już sam wygląd tych gryzoni może odstręczać. Niemal całkowicie pozbawiona włosów skóra jest gruba i pofałdowana w różowe bądź żółtawe zmarszczki. Z przodu, między drobnymi oczami, wystają im z pysków ogromne siekacze. To wszystko zaś w ciele niewiele większym od myszy – golce bowiem zazwyczaj osiągają 8 do 10 cm długości i 30 do 35 gramów wagi. W ich kolonii, złożonej z od kilkudziesięciu do nawet trzystu osobników, tylko jeden przekracza te wymiary. To samica dochodząca do 50, a czasem nawet 80 gramów, która pełni taką funkcję w grupie jak królowa w mrowisku. Wyłącznie ona ma prawo wydawać na świat potomstwo. Zapładnia ją jedyny aktywny płciowo samiec, zwany paszą. Pozostałe golce w kolonii to niepłodni robotnicy. Wszystkie wyglądają niemal identycznie, nawet ich zewnętrzne narządy rozrodcze są nie do odróżnienia – niezależnie, czy są samcami czy samicami. To robotnicy pracują na rzecz królowej i paszy, kopiąc kilometry nor wielkimi siekaczami i wyszukując pożywienie w postaci bulw oraz korzeni roślin. W ten sposób budują liczne korytarze podziemnego królestwa, którego, jeśli nie muszą, nigdy nie opuszczają. W suchych, trawiastych rejonach wschodniej Afryki, gdzie żyją golce, ta strategia przynosi doskonałe owoce. Są tam pospolite, niezagrożone wyginięciem, a główne niebezpieczeństwo stanowią dla nich węże.

Bez starości

Golce pozostałyby więc zapewne ciekawostką znaną głównie zapalonym przyrodnikom, gdyby nie ich niecodzienne właściwości zdrowotne. To przez nie te drobne, dziwaczne gryzonie wpadły w krąg zainteresowań medycyny. A to zwykle oznacza duże pieniądze na badania i sporą uwagę mediów.

Już sama długość życia golców przyciągnęła specjalistów od zdrowia. Gryzonie tej wielkości zazwyczaj nie należą do matuzalemów. Myszy trzymane w doskonałych warunkach laboratoryjnych dożywają 4 lat. Świnki morskie do 12. Tymczasem golce osiągają wiek 30 lat!

W ten sposób podważają co najmniej dwie z obowiązujących w biologii zasad. Po pierwsze, teorię starzenia się. Zgodnie z nią ograniczone zasoby, jakie są do dyspozycji każdego organizmu, mogą być „wydane” bądź na naprawianie zużywającego się ciała, bądź na rozmnażanie. Albo więc żyjemy długo, ale mamy mało potomstwa, albo mamy dużo potomstwa, ale żyjemy krócej. Nie da się mieć ciasteczka i go zjeść. Tymczasem królowa golców tak właśnie robi. Żyje dłużej nawet niż niepłodni robotnicy. Potwierdza to wynik eksperymentu, jaki w sierpniu niemieccy naukowcy ogłosili na łamach „BMC Biology”. Badacze ci oddzielili parę niepłodnych robotników, samca i samicę, od ich kolonii i umieścili je w nowym pomieszczeniu. Oba osobniki szybko przeszły dojrzewanie, zaczęły się rozmnażać i… osiągnęły długość życia typową dla królowej i paszy.

Druga zasada, jaką łamią golce, dotyczy ich śmiertelności. Już w 1825 r. brytyjski matematyk Benjamin Gompertz wyliczył, że ryzyko śmierci rośnie wraz z wiekiem. U ludzi np. podwaja się co osiem lat – co prawda dopiero po ukończeniu trzydziestki. Tego typu zależności odkryto u wszystkich ssaków po osiągnięciu dorosłości – poza golcami. By to zweryfikować, Rochelle Buffenstein z Calico Life Sciences (co ciekawe, należącej do tego samego koncernu co Google) i jej dwóch współpracowników zebrało i przeanalizowało gigantyczną bazę danych o narodzinach i śmierci golców. Wyniki, ogłoszone w styczniu tego roku w „eLife”, pokazały, że ryzyko śmierci u tych zwierząt, po osiągnięciu dojrzałości płciowej w wieku sześciu miesięcy, wynosiło około 1 do 10 tys. na 1 dzień. I nie zwiększało się wraz z przyrostem lat. „To są najbardziej ekscytujące dane, jakie kiedykolwiek otrzymałam. Idą na przekór wszystkiemu, co wiemy o biologii ssaków” – mówiła Rochelle Buffenstein dla magazynu „Science”.

Te wyniki podważyli w sierpniu wspomniani już niemieccy naukowcy. „Grupa białek, odpowiedzialnych za eliminację toksycznych substancji, wykazywała podobne zmiany w próbkach wątroby zarówno golców, jak i ludzi, sugerując, że proces starzenia się u obu gatunków przebiega podobnie. Wyniki wspierają tezę, że golce podlegają powolnemu starzeniu się” – pisali Martin Bens i Alessandro Ori. Ale to tak naprawdę może być dla nas dobra wiadomość. Jeśli bowiem golce starzeją się jak ludzie, ale dużo wolniej, to może i u nas da się ten proces znacznie złagodzić.

Bez tlenu i bólu

Kolejną niecodzienną właściwość golców odkryli Jay Storz z University of Nebraska w USA i Grant McClelland z McMaster University w Kanadzie. Tych uczonych zaintrygował fakt, że zwierzęta te całe życie zamieszkują podziemne korytarze, które rzadko są przewietrzane. To z pewnością podnosi ilość dwutlenku węgla, a zmniejsza tlenu. Przeprowadzili więc dość okrutny eksperyment, który opisali w kwietniu 2017 r. w „Science”. Umieszczali myszy i golce w komorze pozbawionej tlenu i sprawdzali, ile czasu tam wytrzymają. Myszy dusiły się ledwie po minucie. Inaczej działo się z golcami. Te spowalniały rytm serca z 200 do 50 uderzeń na minutę i traciły przytomność. Ale gdy po 18 minutach wyciągano je z komory i umieszczano w powietrzu o normalnym składzie, wracały do pełnej aktywności.

Sekretem tego sukcesu był zmieniony metabolizm cukrów. Ludzie i inne ssaki, by wydobyć energię z pożywienia, rozkładają glukozę w procesie zwanym glikolizą. Dość szybko jednak powstają wówczas produkty uboczne, które w warunkach beztlenowych blokują początkowe stadia tego mechanizmu. Golce zaś, jak odkryto, mają bardzo wysoki poziom innego cukru: fruktozy. Gdy tlenu brakuje, przekształcają ją w postać, która wchodzi w ciąg reakcji glikolizy zamiast glukozy. Dzięki temu proces dostarczania energii organizmowi nie hamuje nawet w warunkach beztlenowych.

Odkrycie tego mechanizmu ma szanse na wykorzystanie w medycynie. W czasie bowiem zawału serca czy udaru u ludzi tlen przestaje docierać do mózgu. Jego komórki szybko i nieodwracalnie umierają w ciągu paru minut. „Gdybyśmy potrafili aktywować ścieżkę fruktozową, moglibyśmy wydłużyć ten czas” – mówił magazynowi „Science” Thomas Park, neurobiolog z University of Illinois.

Życie w wąskich, dusznych korytarzach prawdopodobnie sprzyjało też osłabieniu odczucia bólu u golców. W 2008 r. zauważono, że zwierzęta nie czuły go, gdy miały kontakt ze żrącym kwasem. Gdy zaś zostały zranione, ich skóra nie stawała się w tym miejscu wrażliwsza na ciepło i dotyk jak nasza czy innych ssaków.

Przyczynę tego odkrył Gary Lewin, neurobiolog z Max Delbruck Center for Molecular Medicine w Berlinie. Z jego badań wynikało, że białko, odpowiedzialne za wysyłanie sygnału bólowego w komórkach nerwowych, u golców jest mniej efektywne. Nadal działa, ale nie z taką siłą jak u ludzi. Dzięki temu golec czuje ból, gdy coś uszkadza mu skórę, i wie, że musi się wycofać. Ale nie jest on tak dojmujący, jak u nas, i pozwala wytrzymać trudne warunki podziemnego królestwa.

Odkrycie Gary’ego Lewina może stać się inspiracją do nowych leków przeciwbólowych. Metoda stosowana przez golce szczególnie ma się sprawdzać w terapii przewlekłych bólów, np. w reumatoidalnym zapaleniu stawów. Jej dużą zaletą jest bowiem niemal całkowity brak skutków ubocznych.

Bez raka

Ale największe nadzieje medycyna pokłada w odporności golców na raka. To, że wśród tysięcy przebadanych zwierząt znaleziono w końcu dwa, które zapadły na tę chorobę cywilizacyjną, początkowo wzbudziło niepokój. Bo przecież oznaczało, że ich metody na ochronę przed nowotworami nie są idealne. Ale z drugiej strony to nie jest wcale taka zła nowina. Tak jak ze starzeniem się – skoro golce są na to podatne, ale zdarza się im to wyjątkowo rzadko, to znaczy, że możemy je jakoś naśladować. Vera Gorbunova i Andrei Seluanov, małżeństwo naukowców z University of Rochester w USA, infekowali je nawet wirusem, którego obecność u myszy niemal zawsze wywołuje nowotwór. Golcom nic się pod jego wpływem nigdy nie działo.

Gorbunova i Seluanov twierdzą, że przyczyn tej odporności na raka jest zapewne kilka. Za jedną z najważniejszych uznali nietypową budowę kwasu hialuronowego. U ludzi ten związek wiąże wodę w skórze, nadając jej sprężystość. Jest też składnikiem mazi stawowej. Dlatego już dziś medycyna stosuje go w leczeniu stawów, a kosmetyka w łagodzeniu zmarszczek.

Cząsteczki kwasu hialuronowego u golców są jednak pięć razy dłuższe niż u ludzi. Taka ich budowa zapewnia skórze tych zwierząt większą elastyczność. A to cecha niezbędna, gdy jest się bezwłosym ssakiem, zmuszonym do przeciskania się przez ciasne, podziemne korytarze. Przy okazji tak zbudowany kwas hialuronowy okazał się świetnym sposobem na zapobieganie rakowi. Gorbunova i Seluanov zauważyli, że z powodu tej cząsteczki komórki golców stawały się bardziej wrażliwe na kontakt z innymi. W zagęszczeniu trzykrotnie niższym niż w przypadku ludzi czy myszy zatrzymywały swój wzrost, a czasem nawet obumierały. Gdy jednak do hodowli komórek golców uczeni dodawali enzym niszczący kwas hialuronowy, rosły dalej, tworząc ciasne grupki, podatne na rakowacenie. A jeżeli wyłączyli w ogóle gen produkujący tę cząsteczkę, komórki golców przekształcały się w nowotwory.

W uznaniu zasług golca jedno z dwóch najbardziej prestiżowych czasopism naukowych świata, magazyn „Science”, przyznało mu w 2013 r. tytuł „Kręgowca roku”. W uzasadnieniu napisano: „Choć golce (Heterocephalus glaber) nigdy nie wygrają konkursu piękności, to mogą dać ludziom lekcję lub dwie”.

Pięć lat później wiemy już, że tych lekcji jest znacznie więcej.

Więcej na ten temat
Reklama

Czytaj także

Nauka

Ożywianie mózgu po śmierci i transplantacja głowy. Czy istnieją granice neuronauki?

Badaczom udało się wznowić niektóre funkcje mózgów pobranych od świń, a inny naukowiec chciałby przeprowadzić transplantację ludzkiej głowy.

Piotr Rzymski
22.04.2019
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną