Инъекция одноклеточных водорослей и цианобактерий в сердце головастиков лягушек помогла нейронам восстановить работу в бескислородных условиях — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Cell. По кровотоку водоросли из сердца попадали в мозг, и на свету производили там кислород, количество которого оказалось достаточным для перезапуска неработающих нейронов. Такой подход может оказаться эффективным при тяжелых случаях дыхательной недостаточности.
Мозг потребляет от четверти до трети всего кислорода, поступающего животному извне, и первым страдает при его нехватке. Для терапии таких состояний у человека обычно используют гипербарическую оксигенацию или искусственную вентиляцию легких, однако для обоих подходов существуют противопоказания. А вот некоторые животные предпочитают пользоваться кислородом, который производят другие организмы — фотосинтетики. Известны случаи, когда они объединяются с водорослями или бактериями и в симбиозе получают от них кислород: так делают губки, кораллы и даже саламандры.
Исследователи из университета Людвига Максимилиана в Мюнхене под руководством Сьюзан Озугур (Suzan Özugur) попробовали искусственно повысить содержание кислорода в мозге при помощи фотосинтезирующих водорослей. Для этого они выбрали цианобактерию синехостцис (Synechocystis sp.) и хламидомонаду (C. reinhardtii). Раствор с микроорганизмами инъецировали головастикам шпорцевых лягушек в желудочек сердца. Распространение микроорганизмов по сосудам отследили при помощи флуоресцентных молекул в смеси, которые заставляли сосуды светиться.
Транскардиальная инъекция C. reinhardtii ; изображения 1D–1F
Суспензия с микроорганизмами в 1010 клеток/мл была введена посредством повторяющихся одиночных импульсов каждые 200 миллисекунды под давлением в 2 бара. Обратите внимание на выброс цианобактерий в билатеральные сосуды аорты с каждым испульсом.
После этого биологи измерили количество фотосинтетического кислорода в мозге головастиков. Для этого количество кислорода последовательно измерили на свету и в темноте. Оказалось, что в желудочке мозга обе водоросли значительно повысили количество кислорода на свету (p < 0,001). При этом при повышении количества кислорода нейроны мозга стали активироваться чаще.
Тогда ученые предположили, что такие инъекции способны добавлять нейронам недостающий кислород для работы в условиях гипоксии. Из воды, где содержались лягушки, биологи удалили весь кислород и записали активность нейронов в темноте. Ожидаемо, в условиях гипоксии те полностью перестали работать. Тогда свет включили — нейроны возобновили нормальную работу. При этом, такое восстановление активности проходило гораздо быстрее, чем при вентиляции кислородом раствора, в котором находились животные. Исследователи считают, что такой способ можно будет использовать для терапии заболеваний, связанных с гипоксией. Но, конечно, для этого потребуется больше исследований об эффектах нахождения бактерий и водорослей в мозге.
Мозг позвоночных не может находится без кислорода в течение долгого времени без наступления необратимых изменений. В состоянии покоя, мозг среднестатистического позвоночного потребляет между двумя и восьми процентами свободного кислорода в организме.
Исключение составляет человеческий мозг, потребляющий целых 20 процентов кислорода в организме, несмотря на то, что массовая доля мозга составляет лишь 2 % от массы организма.
В итоге, если человек не будет дышать в течение пяти минут или более, то он это плохо кончится для его нейронов, что означает, что проведение подобных экспериментов с человеком невозможно.
Для начала, органоиды или маленькие кусочки мозга могут быть использованы для тестов in vitro. Но даже если это сработает, несмотря на успешные результаты исследований на лягушках, эта безумная идея может никогда не сработать для нашего вида.
В конце-концов, головастики прозрачны, что означает, что солнечный свет легко проходит через их ткани в мозг, позволяя водорослям и бактериям фотосинтезировать и производить бесперебойную подачу кислорода, который, затем, проходит через лягушачье тело через сердечно-сосудистую систему.
Но человеческий череп непрозрачен, что означает, что придётся искать другой способ активировать теоретические фотосинтетические процессы в мозге, чтобы производить нужное количество кислорода.
Например, авторы исследования предлагают через инъекции вводить микроорганизмы в сердечно-сосудистую систему, вместо того, чтобы вводить их в мозг напрямую (собственно, как и в самом исследовании с головастиками, но с акцентом на микроорганизмах в кровотоке, нежели когда конечным их пунктом в эксперименте являлся мозг). Это теоретически позволит получать больше света (Опять же, по-моему, предложение недальновидное, ибо в кожных тканях человека отсутствуют хлоропласты, и как следствие, зелёный цвет, который бы способствовал эффективному усвоению солнечной энергии. И наша кожа не обладает достаточным индексом прозрачности, чтобы хорошо пропускать фотоны. В итоге, данный концепт нуждается в дальнейших наработках. Хотя, наверное, как только подобные эксперименты будут практически приближены к экспериментам на людях, то такие наработки уже будут.)
Исследователи считают свою идею "очень инновационной" и "потенциально вредной". Если рост микроорганизмов выйдет из-под контроля, то они могут закупорить кровеносные сосуды. Избыточный уровень кислорода в крови так же опасен, как и гипоксия (Возможно получится контролировать уровень микроорганизмов с помощью нанороботов ?).
Следующим шагом исследователей будет узнать, если введённые в кровоток водоросли смогут выжить внутри головастиков, и продолжить производство кислорода, не вызывая имунного ответа, который убьёт животное.
"Нужно, чтобы у Вас были новые идеи, чтобы их изучать; это двигает науку", говорит доктор Страка, "Если Ваш мозг открыт новой информации, и Вы всё продумали, тогда внезапно Вы видите все возможности, которые появляются из одной идеи".
Результаты исследования были опубликованы в журнале iScience.
Источники :
