Šikšnosparniams evolucija pasitarnavo labiau nei mums: specifiniai baltymai užkerta kelia susirgi vėžiu
Daugeliui šikšnosparniai sukelia baimę ir dažnai įvardijami kaip grėsmingi pavojingų virusų nešiotojai, įskaitant galimus Covid-19 viruso protėvius. Tačiau mokslo bendruomenei ir biotechnologijų investuotojams šikšnosparniai yra vilties švyturys. Jie galėtų padėti apsisaugoti nuo pandemijų ir atrasti novatoriškų žmonių ligų vaistus, įskaitant senėjimą, gydymo būdus.
Nepaisant žmonėms mirtinų virusų, šikšnosparniai stebėtinai nesusiduria su reikšmingomis ligomis. Vėžys tarp jų taip pat yra retenybė. Unikalūs tarp žinduolių šikšnosparniai turi gebėjimą skraidyti ir yra apdovanoti įspūdingu ilgaamžiškumu, o kai kurie iš jų gali išgyventi daugiau nei 200 metų žmogaus, atsižvelgiant į kūno dydį.
Covid-19 krizė išryškino riziką, kurią gali kelti šikšnosparniai, tačiau kartu pabrėžė, kaip svarbu suprasti nepaprastą jų gebėjimą apsisaugoti nuo virusinių infekcijų, vėžio ir kitų ligų. Atsižvelgiant į žinduolių genetinius panašumus, šikšnosparnių įžvalgos gali būti pritaikytos kitoms rūšims[1].
Thomas Zwaka, Icahn medicinos mokyklos Sinajaus kalne kamieninių ląstelių tyrinėtojas ir šikšnosparnius tyrinėjančios mokslininkų grupės dalis, pastebi, kad šie padarai yra biologiškai žavūs. Linfa Wang, Singapūro Duke-NUS medicinos mokyklos profesorius, beveik tris dešimtmečius paskyręs šikšnosparnių tyrimams, priduria: „Šikšnosparniai gal ir nėra labai panašūs į žmones, tačiau jų galimybės yra mūsų svajonių dalis.
Daug žadantys šikšnosparnių tyrimai gali lemti ir žmonių atsparumą ligoms
„Paratus Sciences Corp.“ skyrė 100 mln. Dr. Zwaka ir Dr. Wang, tad tyrėjai yra neatskiriama biotechnologijų įmonės dalis. Jie kartu su savo komandomis Niujorke ir Singapūre yra numatę daug žadančius vaistų tikslus, ypač nuo uždegimo, ir optimistiškai nusiteikę pristatyti produktą per pusę dešimtmečio. Filas Ferro, bendrovės prezidentas, pabrėžia jų strategiją, teigdamas: „Mūsų kelias į vaistų atradimą brėžiamas tiriant ekstremalią žinduolių fiziologiją“.
Be to, JAV Nacionalinis alergijos ir infekcinių ligų institutas finansuoja šikšnosparnių imuninės sistemos tyrimus, ieškodamas galimų gydymo būdų. Kolektyvinė iniciatyva, pavadinta Bat1K, siekia sekti visų žinomų šikšnosparnių rūšių genomus. Nors šikšnosparnių galimybės pasiūlyti sprendimus tokioms ligoms, kaip Covid-19 ar vėžys, vis dar yra spėlionės ir atsiranda, šikšnosparnių biologiniai tyrimai sparčiai auga[2].
Pasaulyje yra tik keletas laboratorijų, kuriose tyrimų tikslais yra gyvų šikšnosparnių kolonijos. Maya Weinberg, Tel Avivo universiteto mokslininkė, mano, kad šikšnosparnių tyrimas yra naujoviškame etape. Istoriškai tyrimai su gyvūnais padėjo suprasti žmonių ligas. Tačiau šikšnosparniai yra unikalus atvejis, atsižvelgiant į jų daugybę „supergalių“, pavyzdžiui, saugoti pavojingus virusus patiems nesusergant.
Nepaisant to, kad šikšnosparniai nėra tiesiogiai susiję su Covid-19 virusu, jie yra žinomi savo mirtinų pusbrolių nešiotojai. Šikšnosparniai, sudarantys daugiau nei 22 % žinduolių rūšių, atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį ekosistemoje. Jų atsparumas ligoms gali būti siejamas su evoliucinėmis adaptacijomis, padarytomis per milijonus metų.
Įstabi naktinio gyvūno funkcija leidžianti pataisyti DNR
Daktaras T. Wangas atkreipia dėmesį į nuostabų jų medžiagų apykaitos greitį kaip vieną iš galimų jų atsparumo priežasčių. Be to, šikšnosparnių požiūris į uždegimą ir imuninį atsaką gali būti raktas į jų ilgaamžiškumą. Zoologai pažymėjo, kad su amžiumi šikšnosparniai gerina savo DNR taisymo galimybes, o tai rodo galimą su amžiumi susijusių tyrimų kryptį. Didelis šuolis šikšnosparnių tyrimų srityje buvo Dr. Zwaka sukurtos šikšnosparnių „pluripotentinės“ kamieninės ląstelės.
Šios ląstelės, kurios gali virsti bet kokio tipo ląstelėmis, buvo gautos iš šikšnosparnio audinio ir padarė didelę pažangą tyrėjams. Vincentas Munsteris, NIAID virusologas, mano, kad šios ląstelės iš naujo apibrėžs išsamius mechaninius tyrimus. Daktaras Zwaka ir jo komandos išvados rodo, kad šikšnosparniai gali būti genetiškai linkę įsisavinti virusus[3].
Jų tyrimai apima šikšnosparnių organoidų kūrimą ir šikšnosparnių audinių atsako į įvairius iššūkius tyrimus, atskleidžiant neįtikėtiną jų atsparumą. Nors šikšnosparniai daugeliui gali pasirodyti grėsmingi, jų unikali biologija gali tiesiog turėti atsakymus į kai kurias svarbiausias žmonijos medicinos paslaptis.
Šikšnosparniai visada domino tyrinėtojus ir mokslininkus dėl savo nepaprastų sugebėjimų. Remiantis neseniai atliktu tyrimu, būtent ši sparti šikšnosparnių evoliucija gali būti raktas į jų neprilygstamą gebėjimą šeimininkauti, išgyventi infekcijas ir stebėtinai išvengti vėžio.
Išskirtinis tyrimas gilinasi į fenomenalias šikšnosparnių savybes
Be žinomo gebėjimo skraidyti, šikšnosparniai turi ilgaamžiškumą, neįprastai mažą vėžio dažnį ir sustiprintą imuninę sistemą. Įdomu tai, kad šie sparnuoti padarai buvo siejami su SARS-CoV-2 viruso perdavimo pagalba. Mokslininkai teigia, kad neprilygstamas jų gebėjimas susidoroti su virusinėmis infekcijomis gali atsirasti dėl tam tikrų netipinių jų įgimto imuninio atsako ypatybių. Unikalios šikšnosparnių savybės yra daug žadantys vartai, susiję su žmonių sveikata.
Suvokus šikšnosparnių imuninės sistemos niuansus, ligų prevencija, ypač tų, kurios nuo gyvūnų pereina prie žmonių, gali būti pakeistos. Be to, lyginamieji šikšnosparnių ir žinduolių, labiau pažeidžiamų vėžiui genomų, tyrimai galėtų atskleisti sudėtingą vėžio ir imuniteto sąveiką, o tai gali atskleisti novatorišką informaciją apie vėžio priežastis.
Tyrimo metodas buvo išsamus. Naudodama ilgai skaitytą „Oxford Nanopore Technologies“ platformą ir šikšnosparnių pavyzdžius, gautus bendradarbiaujant su Amerikos gamtos istorijos muziejumi Belize, tyrėjų grupė nustatė dviejų skirtingų šikšnosparnių rūšių genomus: Jamaikos vaisinio šikšnosparnio ir mezoamerikietiško ūsuoto šikšnosparnio. Po to buvo atlikta išsami lyginamoji genomo analizė, apimanti įvairią šikšnosparnių ir kitų žinduolių kolekciją.
Dr. Arminas Schebenas, pagrindinis autorius ir mokslinis bendradarbis Cold Spring Harbor laboratorijoje Vudberyje, Niujorke, atkreipė dėmesį į savo išvadų svarbą. Naujai sukurti šikšnosparnių genomai atskleidė patrauklius naujus antivirusinių ir priešvėžinių genų pritaikymus. Tokie tyrimai gali būti labai svarbūs paverčiant šikšnosparnių biologijos įžvalgas platesne žmonių būklių, įskaitant senėjimą ir ligas, tokias kaip vėžys, supratimas ir gydymas.
Tyrimo metu mokslininkai padarė intriguojančių atradimų. Jie nustatė specifines evoliucines adaptacijas šešiuose su DNR atstatymu susijusiuose baltymuose ir didžiuliuose 46 vėžį slopinančiuose baltymuose, skirtuose išskirtinai šikšnosparniams. Pažymėtina, kad šikšnosparniai tyrime parodė dvigubai daugiau su vėžiu susijusių genų nei kiti žinduoliai.
Šikšnosparniai: gamtos medicinos stebuklai ir jų evoliucijos paslaptys
Tyrėjai mano, kad geresnis šikšnosparnių supratimas gali būti raktas į įvairių rūšių ligų perdavimo iš gyvūnų į žmones prevenciją. Be to, lyginamoji šikšnosparnių ir kitų žinduolių genetinė analizė gali būti tik atsakymas į ilgalaikius klausimus apie vėžio šaknis ir jo ryšį su imunitetu.
Iš esmės šie sparnuoti padarai, dažnai siejami su legendomis ir mitais, gali būti tik pirmtakai, atskleidžiantys žmonių sveikatos ir ligų paslaptis. Šikšnosparniai dažnai buvo klaidingai suprantami nakties padarai, siejami su tamsiomis pasakomis ir mitais. Vis dėlto mokslo srityje šie sparnuoti žinduoliai turi žavesio, kuris peržengia folklorinio pasakojimo ribas[4].
Jų unikali biologija, evoliucijos istorija ir daugybė medicininių paslapčių, kurias jie gali turėti, yra tiesiog stebuklingi. Šikšnosparniai priklauso Chiroptera būriui, kuris apytiksliai reiškia „rankinis sparnas“. Jie gyvuoja daugiau nei 50 milijonų metų, o jų evoliucijos istorija išlieka šiek tiek mįslinga.
Fosilijų įrašai rodo, kad jų skirtumą nuo kitų žinduolių pirmiausia lėmė jų gebėjimas skristi. Skirtingai nuo paukščių, kurie išsivystė iš dinozaurų, šikšnosparniai yra žinduoliai, kurie išplėtė sparnus ištempdami ploną odos membraną ant pailgų pirštų kaulų. Šis išskirtinis evoliucijos kelias paskatino šikšnosparnius tapti vieninteliais žinduoliais, galinčiais skraidyti.
Hibernacija, unikali medžiagų apykaita ir ko dar nežinome apie šikšnosparnius
Šikšnosparniai randami visuose žemynuose, išskyrus Antarktidą. Jų gebėjimas prisitaikyti yra akivaizdus iš daugybės jų gyvenamos aplinkos – nuo atogrąžų miškų ir dykumų iki miesto teritorijų. Jų prisitaikymas taip pat yra ne tik geografinis. Nuo colio ilgio kamanių šikšnosparnių iki didelių skraidančių lapių, kurių sparnų ilgis siekia iki šešių pėdų, šikšnosparniai pasižymi nepaprastu dydžiu ir savybėmis. Taip pat ir stebinančiomis medicininėmis funkcijomis.
- Virusų rezervuarai: vVienas iš labiausiai stulbinančių šikšnosparnių fiziologijos aspektų yra jų gebėjimas priimti daugybę virusų be simptomų. Tai apima virusus, kurie yra mirtini žmonėms, pavyzdžiui, koronavirusų ir Ebolos viruso protėvius. Jų unikali imuninė sistema, kuri demonstruoja pusiausvyrą tarp budrumo ir tolerancijos, gali būti šio pasipriešinimo priežastis.
- Ilgaamžiškumas ir DNR taisymas: nepaisant mažo dydžio, daugelio šikšnosparnių rūšių gyvenimo trukmė yra stebėtinai ilga, kai kurios gyvena daugiau nei 30 metų. Šis ilgaamžiškumas kartu su greita medžiagų apykaita rodo įspūdingą gebėjimą ištaisyti DNR pažeidimus – veiksnį, kuris prisideda prie kitų gyvūnų senėjimo.
- Echolokacija ir smegenų plastiškumas: daugelis šikšnosparnių rūšių naršydami ir medžiodami naudoja echolokaciją, biologinį sonarą. Tai apima aukšto dažnio garsų sklidimą ir grįžtančių aidų interpretavimą. Nerviniai mechanizmai, susiję su šia galimybe, kelia didelį susidomėjimą, nes jie gali padėti suprasti žmogaus nervų plastiškumą ir tokias sąlygas kaip aklumas.
- Sumažėjęs vėžio paplitimas: preliminarūs tyrimai rodo, kad šikšnosparniai gali rečiau susirgti vėžiu. Šis sumažėjęs pažeidžiamumas kartu su jų DNR atkūrimo galimybėmis galėtų pasiūlyti naujų vėžio tyrimų būdų.
Šikšnosparniai, ypač tie, kurie minta vabzdžiais, pasižymi itin dideliu medžiagų apykaitos greičiu. Kai kurios rūšys gali suvartoti iki savo kūno svorio vabzdžius vos per vieną naktį. Šis didelis metabolizmas gali būti susijęs su jų atsparumu tam tikroms ligoms ir įspūdingu ilgaamžiškumu[5].
Daugelis šikšnosparnių rūšių žiemoja šaltesniais mėnesiais ir patenka į sumažėjusio metabolinio aktyvumo būseną. Molekulinių ir fiziologinių šikšnosparnių žiemos miego aspektų supratimas galėtų padėti suprasti organų išsaugojimą transplantacijai, trauminių sužalojimų gydymą ir kitas žmonių sveikatos sąlygas.
Unikali šikšnosparnių imuninė sistema gali būti naudinga kuriant būsimas vakcinas. Jų gebėjimas egzistuoti kartu su daugeliu virusų suteikia unikalią galimybę tirti virusų sąveiką ir imuninį atsaką, galintį vadovauti vakcinų tyrimams. Tyrinėtojams gilinantis į šių skraidančių žinduolių pasaulį, darosi vis labiau akivaizdu, kad jie gali sukelti revoliuciją įvairiose medicinos srityse – nuo virusologijos iki gerontologijos.
