Srdce je ohromující pracovní kůň orgánu. Každou minutu lidské srdce chrlí přes galon krve, který zásobuje zbytek těla kyslíkem a živinami. Během života průměrného člověka bude srdce bít více než tři miliardykrát a načerpá dostatek krve, aby zaplnilo asi 1200 olympijských bazénů.
Po letech tvrdé práce však mají svaly tendenci nosit tenké. Stejně jako přetížená elastická hmota nakonec srdce ztratí svou odolnost a neustále zvyšuje riziko srdečního selhání.
Vědci z University of California v San Diegu dnes uvádějí, že ovocné mušky upravené tak, aby udržovaly vysokou hladinu proteinu remodelace srdce, mají mnohem delší životnost. Jejich nálezy jsou první, kdo svázal strukturální modifikace svalové tkáně s metabolickými důsledky, které v konečném důsledku ovlivňují dlouhověkost.
Zatímco srdeční buňky nemají regenerační kapacitu jiných orgánů, jako jsou játra, srdce přichází opatřeno komplexní opravnou sadou. Lidské srdce se může nabíjet po celá desetiletí nad rámec očekávané záruky, a to nasazením záhadných metod zálohování a rekonstrukcí starých struktur, i když buňky začínají ztrácet svůj tvar. Když je narušena strukturální integrita srdce, sada proteinů se rychle zametá a opraví praskliny v základu.
Jedním z nejúčinnějších nástrojů, které má srdce k dispozici, je vinculin - protein podobný super lepidlu buněk. Jak se buňky ve stěnách srdečního věku začnou od sebe odtrhávat a umírají, je pro srdce obtížnější provádět každý rytmický stisk. Vinculin ukotvuje buňky navzájem a do okolní matrice, která umožňuje srdci komunikovat s vnějším prostředím. Tento protein se stává stále potřebnějším po desetiletích stresu na svalech a produkce se zvyšuje v srdci s věkem, což umožňuje buňkám napravit trhliny ve staré tkáni. Jak hlodavci, tak i lidé s poškozenými kopiemi genu pro vinkulin jsou v pozdějším věku zvlášť ohroženi srdečním selháním.
Nakonec však přestavba jde jen tak daleko: V některých případech stav narušení ohromuje i renovační sílu vinculinu a srdce může selhat. A jak se zvyšuje průměrná průměrná délka života v celosvětovém měřítku, dělají se i obavy ze srdečních komplikací starších osob. Do roku 2030 bude čtvrtina Američanů nad 65 let. Abychom předešli nástupu srdečních chorob u starší generace, musí se vývoj technologie urychlit, aby držel krok s lidskou populací.
Pro studium průniku funkce srdce a dlouhověkosti se bioinženýři Ayla Sessions a Adam Engler rozhodli využít nástroje, které evoluce již poskytla, tím, že léčivou kapacitu srdce posunuli na její hranice.
Před třemi lety ukázala skupina hlavního autora Adama Englera význam vinculinu pro udržení čerpání srdcí zvířat ve stáří. Poté, co ukázali, že staří srdce myší a primátů (kromě člověka) produkují více vinculinu, přemýšleli o důsledcích rozběhu nebo úplného odstranění vinculinu.
Aby se vyhnuli nákladným a časově náročným úskalím geneticky manipulovajících hlodavců nebo opic, vědci modelovali své experimenty na ovocných muškách. S životností jen něco přes měsíc mohou tito hmyz přejít z juvenilní na geriatrickou během několika týdnů. A i když máme sklon vidět hmyz jako cizí škůdce, lidé a mouchy mají ve skutečnosti hodně společného. Orgány pro mušku s ovocem sdílejí překvapivé množství strukturální podobnosti s savci, jako jsou myši a primáti, a více než 80 procent genů, které obsahují pokyny k sestavení mouchy, je u lidí zrcadleno.
"Ovocné mušky jsou strukturálně podobné lidským buňkám, " vysvětluje Engler. "Ale jejich fyziologie je tak jednoduchá." Díky tomu jsou ideální pro studium. “
A stejně jako u lidí mají srdce starých mouchy tendenci selhat.
Ve své původní práci, Engler a jeho tým chovali kmen mouch, aby kopali produkci vinculinu do overdrive v srdeční tkáni. Jak se očekávalo, srdce posílená více vinkulinem zůstala silná, i když mouchy stárly, napodobující čerpací účinnost zdravé tkáně.
K Englerovu překvapení, vytažení extra vinculinu v srdci také vytvořilo „superflies“ s pozoruhodně zvýšenou životností, někdy více než zdvojnásobením životnosti mušek. Ale zatímco to podporovalo myšlenku, že vinculin byl kritický pro vyladění tkáně srdce, vědci nechápali, jak nebo proč to pomohlo muškám žít déle.
Ve snaze vyřešit záhadu, hlavní autorka Ayla Sessionsová sledovala zdraví a dlouhověkost stejného kmene superflies z několika různých úhlů. Opět přežili superflies nad svými pravidelnými vrstevníky - ale Sessions navíc zjistili, že také vykazovali vynikající atletické schopnosti, pomocí svých nově objevených sil, aby se kutali napříč podlahami a upravovali velké zdi.
A co víc, stejně jako lidští atleti, byli superflies účinnější při používání kyslíku a cukru k pohonu svých pohybů. Když Sessions krmila mouchy označenou formu glukózy, viděla, že cukry z potravy mušek jsou nalévány do hyperúčinných cest, které chrlí další palivo pro buňky. Ve skutečnosti tito superflies vypadali děsivě jako dlouho žijící mouchy minulých děl od jiných skupin - s výjimkou těch mouch, které prošly změnami životního stylu (jako kalorická omezení), nikoli genetickými. Nějak, i když vinculinovo extra strukturální lepidlo bylo odsunuto pouze na určitou část těla, tato změna měla robustní a dalekosáhlé důsledky pro celkové zdraví.
"Z miliónů buněk [v mouchu] jen 102 buněk [v srdci] nakonec vytvoří tento systémový efekt, " říká Engler. "A to pro nás bylo docela překvapivé."
Je to poprvé, kdy vědci spojili změny v mechanice buněk s metabolismem a mohou poskytnout informace o tom, jak silné srdce udržuje zdravý metabolismus. Sessions a Engler teoretizují, že zvýšená síla srdce superfly je to, co dělá všechny rozdíly. S větším množstvím vinculinu k jejich svazování potřebují buňky ještě staršího srdce, aby se účinně stahovaly méně paliva - to znamená, že srdce jako celek je lepší využívat energii. To nejen uvolní cukry pro jiné tkáně, ale také vybaví srdce pro lepší distribuci tohoto paliva do zbytku těla. A voila: superfly vytrvalost.
"[Je dobré] soustředit se na delší život, ale pokud je kvalita života nízká, nemá to žádný přínos, " říká Sessions. "Nejen, že zvyšujeme životnost, ale zvyšujeme metabolismus a energetické využití později v životě."
Protože profily mušek produkujících vinculin se velmi podobají profilům řek, řekněme o kaloricky omezených muškách, Engler cítí, že tato práce silně potvrzuje výsledky dalších studií dlouhověkosti. "Vylepšujete stejné cesty, pouze prostřednictvím různých mechanismů - ale dosahují stejných cílů, " vysvětluje.
"Ignorování role oběhového systému v metabolismu je trochu jednostranné, " dodává Sessions. "Metabolismus a funkce srdce jdou ruku v ruce."
V budoucí práci plánuje Englerův tým pokračovat v utahování vazeb mezi strukturou tkáně a metabolismem s vědomím skutečnosti, že tato informace může někdy přispět k syntéze léků podporujících dlouhověkost - některé z nich se mohou dokonce zaměřit na proteiny, jako je vinculin.
Kristine DeLeon-Pennell, profesorka kardiovaskulárních věd na Lékařské univerzitě v Jižní Karolíně, která se této studie nezúčastnila, oceňuje práci na otevření nových dveří v budoucích klinických kontextech. "Vzhledem k tomu, že metabolické syndromy rostou u srdečních pacientů, je opravdu zajímavé, že vinculin by mohl být odkazem na to, co ve skutečnosti vidíme na klinice, " říká a dodává, že by to mohlo dokázat doktory, aby lépe monitorovali starší pacienty s nízkou hladinou vinculin.
Engler však varuje, že je stále třeba vykonat mnoho práce: Jsme daleko od vydělávání vinculinu v srdcích člověka. "Nesnažíme se navrhnout, že máte pilulku, kterou můžete vzít, nebo že musíte začít upravovat svůj jídelníček, abyste si udrželi svůj metabolismus déle, " vysvětluje. "A rozhodně to není fontána mládí."
DeLeon-Pennell také zdůrazňuje, že práce by měla být potvrzena u složitějších organismů, jako jsou savci, než bude výzkum pokračovat.
Prozatím existují dobré zprávy: Mouchy mohou být chovány tak, aby žily déle.
Špatné zprávy? Mouchy lze chovat déle.
