Гибернация: ДНК человека содержит программу безопасного замедления обмена веществ

У медведей, летучих мышей и других животных, впадающих в спячку, есть способность, которой человеческая медицина может только позавидовать. Их тело температура падает почти до температуры окружающей среды, сердце бьётся в несколько раз реже, метаболизм замедляется до 2-3 процентов от нормы, мозг почти не подаёт сигналов. Выходя из спячки, они возвращаются к нормальной жизни без повреждений. У человека такие изменения привели бы к инвалидности или смерти.

Два исследования, опубликованных в журнале Science, показывают, что генетические инструкции, позволяющие животным переживать спячку и восстанавливаться после неё, присутствуют в ДНК человека. Вопрос не в том, чтобы заставить людей впадать в спячку. Вопрос в том, чтобы использовать этот механизм для лечения болезней, связанных с нарушением метаболизма.

Кристофер Грегг, профессор нейробиологии и генетики человека Университета Юты, руководивший исследованиями, объясняет: у животных, впадающих в спячку, нет специального «органа спячки». У них есть генетическая программа. Когда они выходят из спячки и начинают снова есть, их мозг — особенно гипоталамус, который управляет метаболизмом — активирует тысячи генов. Самые большие молекулярные изменения происходят именно в фазе восстановления, а не в самой спячке.

У этих животных есть регуляторные переключатели ДНК, которые контролируют включение и выключение генов во время голодания и восстановления. За миллионы лет эволюции спящие животные приобрели тонкие изменения в этих переключателях. Результат — невероятная гибкость: они могут безопасно подавлять метаболизм, а затем перезапускать его без повреждений.

Грегг и его коллеги проанализировали геномы нескольких видов, впадающих в спячку, и сравнили их с неспящими млекопитающими, включая человека. Они сосредоточились на участках ДНК, которые сохранялись неизменными около 100 миллионов лет — значит, эти участки биологически важны. Затем они спросили: какие из этих консервативных регуляторных областей изменились у спящих животных сходным образом, причём у разных видов, которые независимо друг от друга обрели способность к спячке?

Совпадающие изменения привели их к генам, которые регулируют метаболические реакции на голодание и восстановление. И те же самые регуляторные области ДНК обнаружены в мозге человека. Люди несут в себе ту же генетическую схему. Спящие животные не изобретали новых генов — они отточили существующие регуляторные переключатели.

Сахарный диабет второго типа — это, по сути, расстройство метаболической негибкости. Организм не может переключаться между состоянием голодания и сытости. Сигнализация инсулина нарушается, хранение и расход энергии разбалансированы, ткани накапливают повреждения. Спящие животные демонстрируют противоположную картину. Они намеренно становятся резистентными к инсулину перед спячкой, подавляют метаболизм, а затем обращают эти изменения вспять при выходе из спячки — без долгосрочного вреда.

Если учёные смогут понять и безопасно модулировать эти регуляторные переключатели, в перспективе они смогут улучшить способность организма переключаться между метаболическими состояниями, повысить чувствительность к инсулину в фазе восстановления, снизить повреждения от длительного метаболического стресса, имитировать защитные эффекты голодания без экстремальных диет. Цель — не заставить людей впадать в спячку. Цель — использовать биологию безопасного метаболического торможения и восстановления для защиты органов при стрессе: при диабете, ожирении, старении, хирургических операциях.

Гибернация — это состояние замедленной жизнедеятельности (в биологии). В природе это зимняя спячка, снижающая обмен веществ.