Η καρδιά είναι μια εκπληκτική άσκηση ενός οργάνου. Με κάθε λεπτό που περνάει, η καρδιά του ανθρώπου ξεχειλίζει πάνω από ένα γαλόνι αίματος που τροφοδοτεί το υπόλοιπο σώμα με οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά. Σε μια ζωή ενός μέσου ατόμου, η καρδιά θα χτυπήσει περισσότερο από τρία δισεκατομμύρια φορές, αντλώντας αρκετό αίμα για να γεμίσει περίπου 1.200 ολυμπιακές πισίνες.
Μετά από χρόνια σκληρά στην εργασία, όμως, οι μύες τείνουν να φορούν λεπτό. Όπως μια υπερβολικά ελαστική, η καρδιά τελικά χάνει την ανθεκτικότητα της, αυξάνοντας σταθερά τον κίνδυνο καρδιακής ανεπάρκειας.
Σήμερα, οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, το Σαν Ντιέγκο αναφέρουν ότι τα φρούτα μύγες που έχουν κατασκευαστεί για να διατηρούν υψηλά επίπεδα πρωτεΐνης αναδόμησης της καρδιάς έχουν πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Τα ευρήματά τους είναι τα πρώτα που συνδέουν τις δομικές τροποποιήσεις στον μυϊκό ιστό με μεταβολικές συνέπειες που τελικά επηρεάζουν τη μακροζωία.
Ενώ τα καρδιακά κύτταρα δεν έχουν την αναγεννητική ικανότητα άλλων οργάνων όπως το συκώτι, η καρδιά έρχεται σε επαφή με ένα ολοκληρωμένο κιτ επισκευής. Μια ανθρώπινη καρδιά μπορεί να χρεώσει για δεκαετίες πέρα από την αναμενόμενη εγγύηση της, αναπτύσσοντας μια σειρά από εφεδρικές μεθόδους για την ανακαίνιση και αναδιαμόρφωση των παλιών δομών ακόμη και όταν τα κύτταρα αρχίζουν να χάνουν το σχήμα τους. Όταν η δομική ακεραιότητα μιας καρδιάς υπονομεύεται, μια σειρά πρωτεϊνών σαρώνει γρήγορα για να θεραπεύσει τις ρωγμές στο θεμέλιο.
Ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία στη διάθεση της καρδιάς είναι η vinculin-μια πρωτεΐνη που είναι παρόμοια με την υπερ κόλλα των κυττάρων. Ως κύτταρα στα τοιχώματα της καρδιακής ηλικίας, αρχίζουν να αποκόπτονται ο ένας από τον άλλο και να πεθαίνουν, καθιστώντας πιο δύσκολο για την καρδιά να εκτελέσει κάθε ρυθμική συμπίεση. Το Vinculin αγκυρώνει τα κύτταρα μεταξύ τους και μέσα στον περιβάλλοντα πίνακα που επιτρέπει στην καρδιά να επικοινωνεί με το εξωτερικό περιβάλλον. Αυτή η πρωτεΐνη καθίσταται όλο και περισσότερο αναγκαία μετά από δεκαετίες στρες στον μυ, και η παραγωγή αυξάνεται στην καρδιά με την ηλικία, επιτρέποντας στα κύτταρα να διογκώνουν σχισμές σε ηλικιωμένους ιστούς. Τόσο τα τρωκτικά όσο και οι ασθενείς ανθρώπου με σπασμένα αντίγραφα του γονιδίου της βινκουλίνης είναι ιδιαίτερα υψηλός κίνδυνος καρδιακής ανεπάρκειας αργότερα στη ζωή.
Τελικά, ωστόσο, η αναδιαμόρφωση πηγαίνει μόνο μέχρι τώρα: Σε μερικούς, η κατάσταση της ερείπισης κατακλύζει ακόμη και την δύναμη ανακαινίσεως της vinculin και η καρδιά μπορεί να αποτύχει. Και καθώς το παγκόσμιο μέσο προσδόκιμο ζωής αυξάνεται, το ίδιο συμβαίνει και με τις καρδιακές επιπλοκές των ηλικιωμένων. Μέχρι το 2030, το ένα τέταρτο των Αμερικανών θα είναι άνω των 65 ετών. Για να συνεχίσει να αποτρέπει την εμφάνιση καρδιακών παθήσεων σε μια παλαιότερη γενιά, η ανάπτυξη της τεχνολογίας πρέπει να επιταχυνθεί ώστε να συμβαδίζει με τον ανθρώπινο πληθυσμό.
Για να μελετήσουν τη διασταύρωση της λειτουργίας της καρδιάς και της μακροζωίας, οι βιοκινητές Ayla Sessions και Adam Engler αποφάσισαν να αξιοποιήσουν την εξέλιξη των εργαλείων που έχει ήδη προσφέρει, ωθώντας την ικανότητα θεραπείας της καρδιάς στα όριά της.
Πριν από τρία χρόνια, ο ανώτερος συγγραφέας του Adam Engler έδειξε τη σημασία της vinculin για τη διατήρηση των καρδιών των ζώων που αντλούν στα γηρατειά. Αφού έδειξε ότι οι ηλικιωμένες καρδιές των ποντικιών και των μη ανθρώπινων πρωτευόντων παράγουν περισσότερο vinculin, αναρωτήθηκαν για τις συνέπειες της αύξησης της vinculin ή την πλήρη εξάλειψή της.
Για να παρακάμψουν τις δαπανηρές και χρονοβόρες παγίδες γενετικά χειριστών τρωκτικών ή πιθήκων, οι ερευνητές μοντελοποίησαν τα πειράματά τους σε μύγες φρούτων. Με διάρκεια ζωής μόλις πάνω από ένα μήνα, αυτά τα έντομα μπορούν να πάνε από το νεανικό έως το γηριατρικό σε διάστημα εβδομάδων. Και ενώ έχουμε την τάση να βλέπουμε τα έντομα ως ξένα παράσιτα, οι άνθρωποι και οι μύγες έχουν στην πραγματικότητα πολλά κοινά. Τα όργανα μύγας φρούτων μοιράζονται μια εκπληκτική ποσότητα δομικής ομοιότητας με θηλαστικά όπως τα ποντίκια και τα πρωτεύοντα, και πάνω από το 80% των γονιδίων που περιέχουν τις οδηγίες για την κατασκευή καρδιάς μύγας αντικατοπτρίζονται στους ανθρώπους.
"Οι καρδιές καρπών μύγας είναι δομικά παρόμοιες με τα ανθρώπινα κύτταρα", εξηγεί ο Engler. "Αλλά η φυσιολογία τους είναι τόσο απλή. Είναι ιδανικό για σπουδές. "
Και, όπως και στους ανθρώπους, οι καρδιές των παλιών μυγών τείνουν να αποτυγχάνουν.
Στην αρχική τους δουλειά, ο Engler και η ομάδα του έφεραν ένα στέλεχος μυγών για να κλωτσήσουν την παραγωγή vinculin σε overdrive στον καρδιακό ιστό. Όπως αναμενόταν, οι καρδιές ενισχυμένες με περισσότερη vinculin παρέμειναν ισχυρές ακόμη και με τις ηλικιωμένες μύγες, μιμώντας την αποτελεσματικότητα άντλησης υγιών ιστών.
Για την έκπληξη του Engler, η εκκολαπτόμενη επιπλέον vinculin στην καρδιά δημιούργησε επίσης "superflies" με αξιοσημείωτα βελτιωμένη μακροζωία, μερικές φορές περισσότερο από το διπλασιασμό της διάρκειας ζωής των πτηνών. Αλλά ενώ αυτό υποστήριζε την ιδέα ότι η βινκουλίνη ήταν κρίσιμη για τον συντονισμό των καρδιακών ιστών, οι ερευνητές δεν κατάλαβαν πώς ή γιατί αυτό βοηθούσε τις μύγες να ζουν περισσότερο.
Σε μια προσπάθεια να λύσουν το μυστήριο, ο κύριος συγγραφέας Ayla Sessions παρακολουθούσε την υγεία και τη μακροζωία του ίδιου στελέχους των superflies από πολλές διαφορετικές οπτικές γωνίες. Για άλλη μια φορά, οι superflies ξεπέρασαν τους τακτικούς συνομηλίκους τους - αλλά οι συνεδρίες έδειξαν επιπλέον ότι είχαν επίσης ανώτερες αθλητικές ικανότητες, χρησιμοποιώντας τις νέες δυνάμεις τους για να σπρώξουν τους ορόφους και να κλιμακώσουν τους μεγάλους τοίχους.
Επιπλέον, όπως οι ανθρώπινοι αθλητές, οι superflies ήταν πιο αποτελεσματικές στη χρήση οξυγόνου και ζάχαρης για να τροφοδοτήσουν τις κινήσεις τους. Όταν οι συνεδρίες τροφοδοτούσαν τις μύγες με μια επισημασμένη μορφή γλυκόζης, είδε ότι τα σάκχαρα από τη διατροφή των μύγων διοχετεύονταν σε υπερ-αποτελεσματικές οδούς που έκαψαν επιπλέον καύσιμα για τα κύτταρα. Στην πραγματικότητα, αυτές οι superflies έμοιαζαν ανυπόμονα με τις μακρόβιες μύγες παλαιότερων έργων από άλλες ομάδες - εκτός από τις μύγες που είχαν υποστεί τροποποιήσεις στον τρόπο ζωής (όπως ο θερμικός περιορισμός) και όχι οι γενετικές. Με κάποιο τρόπο, παρόλο που η πρόσθετη δομική κόλλα της vinculin υποβιβάστηκε μόνο σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του σώματος, αυτή η αλλαγή είχε ισχυρές και εκτεταμένες συνέπειες στη συνολική υγεία.
"Από τα εκατομμύρια των κυττάρων [στη μύγα], μόνο 102 κύτταρα [στην καρδιά] καταλήγουν να δημιουργούν αυτό το συστημικό αποτέλεσμα", λέει ο Engler. "Και αυτό ήταν πολύ περίεργο για μας."
Αυτή είναι η πρώτη φορά που οι ερευνητές έχουν συνδέσει τις αλλαγές στη μηχανική των κυττάρων με το μεταβολισμό και μπορεί να δώσουν μια εικόνα για το πώς η ισχυρή καρδιά διατηρεί έναν υγιή μεταβολισμό. Οι συνεδρίες και ο Engler θεωρούν ότι η αυξημένη δύναμη της καρδιάς σούπερ πεταλούδας είναι αυτό που κάνει όλη τη διαφορά. Με περισσότερη vinculin να τους συνδέει μαζί, τα κύτταρα ακόμα και μιας παλαιότερης καρδιάς χρειάζονται λιγότερα καύσιμα για να συστέλλονται αποτελεσματικά-που σημαίνει ότι η καρδιά στο σύνολό της είναι καλύτερη στην αξιοποίηση της ενέργειας. Αυτό όχι μόνο απελευθερώνει σάκχαρα για άλλους ιστούς, αλλά και εξοπλίζει την καρδιά για καλύτερη διανομή αυτού του καυσίμου στο υπόλοιπο σώμα. Και voila: σούπερ πεταλούδα.
"[Είναι καλό να] επικεντρωθεί στη ζωή περισσότερο, αλλά αν η ποιότητα της ζωής είναι κακή, δεν υπάρχει κανένα όφελος σε αυτό, " λέει η Sessions. «Όχι μόνο αυξάνουμε τη διάρκεια ζωής, αλλά αυξάνουμε τον μεταβολισμό και την αξιοποίηση ενέργειας αργότερα στη ζωή».
Επειδή τα προφίλ των μύγες που παράγουν βινκουλίνη τόσο στενά μοιάζουν με εκείνες των, για παράδειγμα, θερμιδικώς περιορισμένων μύγων, ο Engler θεωρεί ότι αυτό το έργο επιβεβαιώνει σθεναρά τα ευρήματα άλλων μελετών μακροζωίας. "Ελλιπάτε τα ίδια μονοπάτια, μόνο μέσω διαφορετικών μηχανισμών - αλλά επιτυγχάνουν τους ίδιους σκοπούς", εξηγεί.
"Η παραβίαση του ρόλου του κυκλοφορικού συστήματος στο μεταβολισμό είναι λίγο μονόπλευρη", προσθέτει οι συνεδρίες. "Ο μεταβολισμός και η καρδιακή λειτουργία συμβαδίζουν."
Στο μέλλον, η ομάδα του Engler σχεδιάζει να συνεχίσει να εξετάζει τους δεσμούς μεταξύ της δομής των ιστών και του μεταβολισμού, έχοντας επίγνωση του γεγονότος ότι αυτές οι πληροφορίες μπορεί να συμβάλουν κάποια στιγμή στη σύνθεση φαρμάκων που προάγουν τη μακροζωία - μερικές από τις οποίες μπορεί ακόμη να στοχεύουν πρωτεΐνες όπως η vinculin.
Η Kristine DeLeon-Pennell, καθηγητής καρδιαγγειακών επιστημών στο Ιατρικό Πανεπιστήμιο της Νότιας Καρολίνας που δεν ήταν συνδεδεμένη με τη μελέτη, επαινεί το έργο για το άνοιγμα νέων θυρών σε μελλοντικά κλινικά πλαίσια. «Με τα μεταβολικά σύνδρομα που παρουσιάζουν αύξηση στους καρδιακούς ασθενείς, είναι πραγματικά ενδιαφέρον το γεγονός ότι το vinculin μπορεί να είναι ένας σύνδεσμος με αυτό που πραγματικά βλέπουμε στην κλινική», λέει, προσθέτοντας ότι αυτό θα μπορούσε να εξοπλίσει τους γιατρούς για την καλύτερη παρακολούθηση ηλικιωμένων ασθενών με χαμηλά επίπεδα vinculin.
Αλλά ο Engler προειδοποιεί ότι πρέπει ακόμη να γίνουν πολλά πράγματα: είμαστε πολύ μακριά από την αξιοποίηση της vinculin στις καρδιές των ανθρώπων. «Δεν προσπαθούμε να υποδείξουμε ότι υπάρχει ένα χάπι που μπορείτε να πάρετε ή ότι πρέπει να αρχίσετε να τροποποιείτε τη διατροφή σας για να διατηρήσετε το μεταβολισμό σας για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα», εξηγεί. "Και σίγουρα δεν είναι η πηγή της νεότητας."
Ο DeLeon-Pennell τονίζει επίσης ότι η εργασία πρέπει να επιβεβαιωθεί σε πιο περίπλοκους οργανισμούς, όπως τα θηλαστικά, πριν προχωρήσει η έρευνα.
Προς το παρόν, υπάρχουν ακόμα καλά νέα: Οι μύγες μπορούν να εκτραφούν για να ζήσουν περισσότερο.
Τα κακά νέα; Οι μύγες μπορούν να εκτραφούν για να ζήσουν περισσότερο.
