Ученым удалось активировать у мышей спячку

Спячка или состояние гибернации у людей звучит, как научная фантастика, но есть довольно много животных, не являющихся людьми, которые могут войти в это состояние с низким уровнем метаболизма, включая мышей. Два исследования независимо друг от друга показали, что активация определенных нейронов может вызывать у мышей состояние, подобное спячке, намекая на то, что то же самое может быть когда-нибудь возможным и для людей. Это можно будет применять в клинической медицине и межзвездных космических путешествиях.

Спячка

Спячка – это состояние глубокого сна, во время которого скорость метаболизма и температура тела значительно снижаются. Например, во время гибернации температура тела суслика упадет с его нормальных 37 градусов по Цельсию до почти 0 градусов по Цельсию. Сердцебиение также становится медленным и нерегулярным, наряду с замедлением дыхания.

Так как метаболические функции организма сильно замедляются, зимующее животное может выживать в течение длительных периодов времени – иногда месяцев – без необходимости принимать пищу. Вот почему зимующие животные, такие как медведи и белки, потребляют обильное количество калорий в месяцы, предшествующие зимовке.

Тем не менее, настоящая зимняя спячка на самом деле очень редкая, встречается только у нескольких млекопитающих и одного вида птиц – Phalaenoptilus nuttallii. Вместо этого большинство млекопитающих, которые входят в это состояние, подобное зимней спячке, фактически находятся в состоянии оцепенения.

Торпор/оцепенение – это более легкая версия зимней спячки. Оно также включает в себя понижение температуры тела, частоты дыхания, частоты сердечных сокращений и скорости обмена веществ, оно невольно активируется, когда животное ощущает определенные условия окружающей среды. 

И, в отличие от зимней спячки, оцепенение длится в течение коротких периодов времени, иногда только в течение дня или ночи, в зависимости от режима питания животного. Например, мыши могут войти в оцепенение – и два новых исследования, проведенных учеными из Гарвардского университета и Университета Цукуба в Японии, не только показывают, как это состояние глубокого сна вызывается в мозге, но также и как его можно активировать по желанию стимулирование определенных нейронов.

В первом исследовании, которое было опубликовано в журнале Nature, японские исследователи генетически сконструировали мышей, чтобы они могли активировать набор нейронов в гипоталамусе, известный как Q-нейроны. Когда эти нейроны были активированы, температура тела грызунов упала на 10 градусов Цельсия или более, и их пульс значительно снизился, как и скорость их метаболизма и дыхания.

Мыши оставались в таком состоянии оцепенения более 48 часов. Как только они вернулись в нормальное состояние бодрствования, грызуны вели себя нормально, без видимых признаков физического вреда. Исследователи из Японии повторили эксперимент на крысах с похожими результатами.

Эти эксперименты позволили ученым составить карту цепей нейронов, участвующих в процессе. Та же самая техника могла бы использоваться в будущем, чтобы вызвать подобные оцепенению состояния у других животных, возможно даже у людей.

Искусственная активация оцепенения у людей будет иметь широкий спектр применения. Наиболее непосредственным является медицина, где состояние, подобное спячке, может защитить пациентов, недавно перенесших сердечный приступ или инсульт, от изнурительных или опасных для жизни повреждений тканей. Торпор также может значительно продлить сохранение органов для трансплантации. Но, возвращаясь к научной фантастике, возможно, самое интригующее и действенное применение оцепенения в людях – путешествие в дальний космос.

С нашей современной двигательной технологией нам потребовалось бы от 1000 до 81 000 лет, чтобы пройти 4,24 световых года между Землей и Проксимой Центавра, нашей ближайшей к Солнцу звездой. Если мы когда-нибудь станем межзвездным видом, это время в пути должно быть значительно сокращено. Даже в этом случае можно ожидать, что люди останутся в своем космическом корабле в течение многих лет, поэтому длительные периоды сна, подобного зимней спячке, могут сделать путешествие намного более терпимым.

Между тем, в Гарвардской медицинской школе исследователи пришли к аналогичному выводу, показав, что стимуляция нейронов в областях мозга, которые регулируют чувство голода, кормление, температуру тела и многие другие функции, может заставить мышей войти в оцепенение в течение нескольких дней. 

Стоит отметить, что вместо генетической инженерии мышей исследователи из Гарварда инъецировали 54 мышам небольшое количество вируса в 226 различных областей гипоталамуса. Они узнали, что оцепенение было вызвано, когда были активированы нейроны в одной определенной области гипоталамуса, известной как avMLPA. Стимуляция нейронов в других областях гипоталамуса не имела эффекта, о чем пишут исследователи в своей статье, также опубликованной вчера в журнале Nature.

«Можем ли мы использовать этот способ, чтобы отправить людей на Марс?», – пишет в заявлении авторка исследования Синиса Хрватин, нейробиолог из института Гарвардской медицинской школы. «Чтобы ответить на эти вопросы, мы должны сначала изучить фундаментальную биологию оцепенения и гибернации у животных. Мы и другие делаем это и это не научная фантастика»

Оба исследования внесли огромный вклад в продвижение нашего понимания того, как торпор или гибернация регулируются в мозге. Теперь, когда ученые лучше разбираются в биологии оцепенения, они теперь могут думать о применении для человека.

Исследования:

• Neurons that regulate mouse torpor. DOI: 10.1038/s41586-020-2387-5
• A discrete neuronal circuit induces hibernation-like state in rodents. DOI: 10.1038/s41586-020-2163-6

Вас также может заинтересовать:

• Эмбрионы рыбы Killifish приостанавливают свое развитие без последствий
• Эти лягушки могут полностью замерзнуть, а потом оттаять
• Почему некоторые животные впадают в спячку?
• Создание искусственной гравитации в космосе