П’ятниця, 1 січня 2021 р., День Фрузіни
- Останні статті
- Громадські науки
- Наука про життя
- Нежива наука
- Астрономія
- Конкуренція
Можливо, метан також може врятувати життя?
Стрес в мітохондріях
Доля газового метану до цього часу виявилася досить несправедливою в науковому житті, його завжди вважали нейтральною, нереактивною речовиною, і більшість людей пов’язує це з коровами, неприємними запахами чи просто парниковим ефектом щодо метану. Тож наша перша дивовижна новина полягає в тому, що це газ без запаху, і він, мабуть, здатний зробити набагато більше, ніж ми думали до цього часу.
На підтримку цього вони тривалий час працюють в Інституті хірургічної хірургії Сегедського університету, де дослідна група біологів та фізиків працює над з’ясуванням ролі метану як важливого діагностичного маркера в клінічних умовах. З цією метою був проведений аналіз алкотестера з використанням методу вимірювання, заснованого на фотоакустичному спектроскопічному принципі, за участю ряду здорових та хворих добровольців, де концентрацію видихуваного метану досліджували у, мабуть, дуже віддалених стресових станах. Спільним знаменником у всіх випадках була дисфункція мітохондрій.
Чудова річ їх вимірювального приладу полягає в тому, що вони можуть брати проби у людей без втручання, а також існує можливість безперервного вимірювання в режимі реального часу. Зразок повітря потрапляє у так звану фотоакустичну камеру за допомогою насоса, де лазерні промені сканують камеру, і якщо потрапляє молекула, яка вважається даним біомаркером, в нашому випадку метаном, вона поглинає світло, викликаючи теплове розширення навколо молекули. Це, у свою чергу, включає звукове явище, нечутне для людського вуха, яке наші дослідники можуть побудувати на графіку за допомогою свого комп’ютера. Коротше кажучи, чим більше молекули, яку ви шукаєте в камері, тим голосніше вона знаходиться всередині, отже, чим вищі амплітудні сигнали можуть бути зареєстровані.
Енергія ризику
Що ми маємо на увазі під дисфункцією мітохондрій і як це може призвести до спільного знаменника кількох захворювань? Мітохондріальний дихальний ланцюг - це енергетичний центр нашого тіла, оптимальне функціонування якого можна вважати необхідним для всіх життєвих функцій. Майже всі відомі типи еукаріотичних клітин містять мітохондрії, кількість і форма яких різняться від клітини до клітини. У більш енергоємних, метаболічно активних тканинах, таких як ті, що пов’язані з функцією м’язів або нервової системи, ми можемо знайти їх набагато більше.
Мітохондріальний геном містить лише 37 кодуючих генів, що відповідають за експресію 16 білків, і всі вони керують функцією електронно-транспортного ланцюга (ETC). Комплекси білка ETC приймають електрони у співпраці з коферментами, тому електрони, що утворюються в циклі лимонної кислоти або відокремлюються від молекул-донорів електронів, безперервно рухаються через активні центри комплексів, що містять іони металів, поки нарешті не досягнуть молекули кисню, де протонний електродвигун. сила генерується водою. Зрештою ця енергія рухає фермент АТФ-синтетазу, який, хоча і не є частиною дихального ланцюга, є кінцевою метою процесу, оскільки саме тут енергія, необхідна для всіх життєвих функцій, генерується у формі АТФ.
Звичайно, в такій складній і тонко налаштованій системі можуть бути незначні дефекти, які в нашому випадку можуть бути насамперед утворенням реакційноздатних вільних радикалів. Давно відомо, що перехід електрона в дихальному ланцюзі не завжди відбувається ідеально, тут утворюється переважна більшість активних форм кисню (АФК). Навіть під час нормального фізіологічного дихання показано, що супероксидні радикали утворюються з 1-2% молекул кисню через недосконале відновлення, і в мітохондріях є кілька окислювально-відновних центрів, де можливе утворення АФК.
Відомо багато захворювань, при яких критичною точкою є оксидо-відновний стрес через порушення функції дихальних ланцюгів або дефіциту кисню або порушення використання кисню, основним вогнищем або мішенню якого є мітохондрії. Приклади включають діабет II типу, різні серцево-судинні захворювання, захворювання, пов'язані з гострою або хронічною ішемією, сепсисом та декількома нейродегенеративними захворюваннями. Спільне між ними те, що дуже важко діагностувати захворювання, рівень смертності яких не змінювався за останні 50 років, оскільки важливо розпочати терапію якомога раніше, щоб раннє виявлення.
У новій ролі
Перспективні публікації раніше публікувались співробітниками інституту, де показано виділення метану на різних клітинних та тваринних моделях з використанням фотоакустичного вимірювача після безпосереднього пригнічення функції мітохондрій або просто під час ранньої фази сепсису. Оскільки їх метод неінвазивний, вони вирішили не починати всебічну серію досліджень, де вони, нарешті, можуть зіткнутися з реальними клінічними проблемами.
Під час першого етапу дослідження вчені постійно аналізували вміст метану у видихуваному повітрі пацієнтів, які перенесли операцію на серці під час операцій і дали дивовижний результат: повернувся до вихідного рівня.
Підбадьорені цим, вони вирішили використовувати пристрій і, звичайно, метан, щоб допомогти діагностувати новонароджених дітей, які, можливо, зазнають дефіциту кисню в матці, де симптоми дуже важко відрізнити від інших захворювань, але раннє виявлення може поліпшити стан молодих дуже швидко. Під час дослідження немовлятам, які виявляли симптоми гіпоксії, доводилося вдихати маску з нормальним диханням, а зразки повітря, що прибули сюди, могли негайно аналізувати дослідницька група за допомогою їх пристрою. Незважаючи на те, що колонізація метанопродукуючих бактерій у немовлят ще не відбулася, у декількох підозрюваних випадках спостерігалися підвищені концентрації метану, що надає додаткові докази існування цього цікавого явища. Крім того, у міру покращення стану крихітних немовлят вивільнення метану припинилося, і немовлята могли забрати батьків додому протягом декількох днів.
Досі обговорені дослідження є надзвичайно перспективними, але оскільки вони є клінічними дослідженнями, кількість випадків обмежена, не кажучи вже про бюрократію, тобто етичне ліцензування, з яким часом важко мати справу в біомедичних дослідженнях. Однак існує такий стан стресу, дуже схожий на згаданий, який ми всі добре знаємо - більшість з нас досить близько - ми потрапляємо в нього добровільно та співаючи, але немає сумнівів, що ми повинні бути госпіталізовані за це, і симптоми закінчуються на третій день, навіть у гіршому випадку. Цей стан - алкоголізм.
Спирт для медицини
Ми навіть не замислюємось, скільки стресу може викликати навіть невелика зустріч друзів у процесах, що відбуваються у зазначеній камері, якщо в окуляри потрапить трохи алкоголю. Зрештою, розпад алкоголю в основному є процесом, який залежить від мітохондрій, оскільки як ферментативні учасники, так і кінцеві продукти метаболізму навантажують ці клітинні складові. Ступінь, звичайно, авторитетний, але якщо налити трохи більше на глотку, молекули вже можуть переважати, що може призвести до порушення окисно-відновного балансу, а потім до більшої чи меншої міри дисфункції мітохондрій, яка вважається, що супроводжується виділенням метану.
Дослідницька група в Сегеді також намагалася з’ясувати цю проблему, для якої було обрано місце, де шанси виникнення гострих та хронічних споживачів алкоголю, безумовно, високі. Чи вмієте ви обробляти метан? Вони взяли участь у Сегедських днях молоді 2013 року зі своєю серією програм.
Підсумовуючи результати представлених досліджень, ми можемо впевнено сказати, що якщо гіпотеза відповідає дійсності, а метан дійсно може бути біомаркером для цих станів, клініка може бути збагачена діагностичною процедурою, яка не вимагає будь-якого втручання, абсолютно безризиковою але високочутливий метод, який вже може бути використаний на дуже ранній стадії захворювання для постановки діагнозу, і таким чином може бути використаний для початку більш ефективної терапії.
Стаття опублікована у спільному конкурсі статей Life and Science та OTKA II. класифікували.
Дослідження проводилось у рамках пріоритетного проекту під назвою SROP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 Національна програма досконалості. Проект підтримується Європейським Союзом та співфінансується Європейським соціальним фондом. Додаткова підтримка: SROP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0035.