В материале, подготовленном для нашего новостного сайта, сообщается, что разгадка секретов долгой и здоровой жизни может скрываться в ДНК рукокрылых — млекопитающих, чья продолжительность жизни несоразмерна их небольшим размерам. Эти животные способны существовать значительно дольше, чем можно было бы предположить, и при этом не страдать от таких недугов, как рак.
Идея о том, что именно генетический материал летучих мышей таит в себе ответы на вопросы долголетия, увлекла Хуана Мануэля Васкеса ещё в бытность его аспирантом Чикагского университета. Однако в ту пору опубликованных геномных данных о рукокрылых было недостаточно для решения подобных задач. Лишь в 2020 году, уже будучи постдокторантом Калифорнийского университета в Беркли, исследователь приступил к поиску видов летучих мышей на западе США, которые могли бы предоставить запасы тканей для секвенирования ДНК.
Привлекая студентов Беркли, Васкес совершал поездки по региону, устанавливая по ночам туманные сети над ручьями, прудами и реками. Пойманных животных команда подвергала процедуре сбора небольших образцов биопсии, после чего отпускала. Основной объём работ был связан с родом Myotis, в который входят виды, отличающиеся исключительно продолжительным жизненным циклом. Один из представителей — миотис Брандта (Myotis brandtii) — был окольцован в Европе, а затем повторно пойман спустя 50 лет.
Геномы летучих мышей обнаруживают долголетие
В новом изыскании, опубликованном в журнале Nature, Васкес и его коллеги представили первый анализ восьми геномов Myotis. Полученные результаты свидетельствуют о тесной взаимосвязи между продолжительностью жизни и ухудшением состояния здоровья. У долгоживущих рукокрылых был зафиксирован более высокий уровень генов, связанных с борьбой с раком.
Эти данные позволяют предположить, что продолжительность жизни может быть частично обусловлена работой иммунной системы, которая сохраняет высокую эффективность как против инфекционных агентов, так и против внутренних патологий. Кроме того, исследователи обнаружили совпадения между генами, нарушениями, связанными со старением, и генами, участвующими в защите от болезней. Это наводит на мысль, что изучение одного процесса способно помочь в объяснении другого.
«Летучие мыши эволюционировали, чтобы жить в течение длительного времени, а не болеть, а это говорит о том, что мы не обязательно рассматриваем болезни старения и инфекционные болезни как совершенно разные области, — сказал Васкес. — Мы можем посмотреть на этих летучих мышей и понять, как, точно так же, как вы можете улучшить свою иммунную систему для борьбы с вирусами, возможно, вы можете улучшить свою иммунную систему, чтобы она не стала хуже в старости. Или, может быть, летучие мыши помогают нам найти способы борьбы с опухолями, чтобы наша иммунная система не уставала, а также помогают нам справляться с другими жизненными стрессами и не истощать наш иммунитет».
Поврежденные клетки летучих мышей выбирают самоуничтожение
В рамках исследования Васкес выращивал в лаборатории клетки, собранные из биопсии крыльев летучих мышей. На сегодняшний день у него имеются клеточные культуры от 259 особей, представляющих 32 вида. Затем он подвергал культивируемые клетки воздействию химических веществ, чтобы оценить их реакцию на серьёзные повреждения.
Самая долгоживущая летучая мышь в его выборке — широко распространённая маленькая коричневая летучая мышь (Myotis lucifugus) — отреагировала неожиданным образом. Вместо того чтобы активировать гены, производящие белки репарации ДНК, клетки увеличили активность генов, отвечающих за клеточную структуру.
«Мы обнаружили полную противоположность тому, что ожидали, если обработать летучих мышей смертельной дозой этого химического вещества, — сказал он. — Самая долгоживущая летучая мышь в Северной Америке решает: „Я не могу спасти этот корабль“, и мгновенно переключает передачу, чтобы в первую очередь уничтожить повреждённые клетки. Слон, ещё один долгоживущий вид, устойчивый к раку, придерживается именно такой стратегии: если вы не можете спасти клетку, убейте её».
Результат предполагает, что животные, возможно, выработали совершенно разные стратегии для предотвращения того, чтобы повреждённые клетки становились опасными. По мнению Питера Садманта, доцента кафедры интегративной биологии Беркли, изучающего генетику старения и продолжительности жизни, понимание этих стратегий может дать ценную информацию о долголетии.
олжительность жизни разных видов, мы надеемся, что можно лучше понять взаимодействие между повреждениями ДНК и иммунной системой, чтобы позволить нам прожить полноценную и здоровую жизнь», — сказал он. — сказал он.
«Если вы начнете смотреть на виды-долгожители, такие как слоны, котята и летучие мыши, вы начнете находить способы, с помощью которых природа на самом деле уже решила многие из этих проблем со взрослым человеком», — сказал он. Васкес добавил.
Долголетие, активный образ жизни и иммунная система в состоянии повышенной поддержки
Летучие мыши добились значительных успехов с тех пор, как впервые появились около 60 миллионов лет назад. Сегодня они составляют 20% всех видов млекопитающих, занимают места обитания на всех континентах, кроме Антарктиды, и адаптировались к широкому спектру экологических ниш.
Среди 1511 известных видов летучих мышей около 139 принадлежат к роду Myotis . Эти летучие мыши особенно интересны, потому что близкородственные виды могут иметь совершенно разную продолжительность жизни. Миотис Брандта может выжить в течение полувека, тогда как черный миотис, Myotis nigricans из Южной и Центральной Америки, живет всего около семи лет. Васкес сравнил контраст с гипотетическим состоянием, в котором наши близкие родственники, Homo neanderthalensis , жили в девять часов ночи, чем современные Homo sapiens .
Еще одна необычная форма летучих мышей — их иммунная система. Ученые установили, что он действует на чрезвычайно высоком уровне, помогая летучим мышам контролировать устойчивую практику, пока они живут с постоянными вирусными инфекциями, а не с болезнями.
Способность позволяет здоровым летучим мышам переносить чрезвычайное разнообразие вирусов. Некоторые из этих вирусов, в том числе вирусы, вызывающие COVID-19, могут передаваться человеку.
Исследователи предположили, что мощная иммунная система летучих мышей может быть обеспокоена их интенсивной физической активностью. Васкес проводит ночные полеты летучих мышей во время охоты на ветвях с пробежкой нескольких ультрамарафонов каждый день.
«Летучие мыши развили эту невероятную физическую форму, эту невероятную способность справляться с болезнями и эту невероятную способность предотвращать рак», — сказал он. — сказал он. «Это означает, что, поняв, что летучие мыши научились делать все эти вещи, а другие млекопитающие не смогут найти совершенно новые и неожиданные способы борьбы с такими же вещами, которые вызывают человека».
Гены долголетия также помогают летучим мышам бороться с вирусами
Новый геномный анализ предлагает еще одну интригующую связь. Всякий раз, когда Васкес идентифицировал ген, связанный с продолжительностью жизни летучих мышей, его коллега Элиза Лаутербур, работавшая тогда в Университете Аризоны, часто идентифицировала тот же ген, который ограничивает в условиях ограничения между летучими мышами и вирусами.
«Между генами, мутациями с долголетием, и генами, мутациями с вирусными связями, существует гораздо больше совпадений, чем можно было бы ожидать, просто по случайности», — сказал он. — сказал он.
Исследователи также обнаружили, что Myotis Летучие мыши обнаруживают необычайно большие количества генов, которые производят белки, взаимодействующие с ДНК-вирусами, такими как вирусы герпеса, которые несуточную генетическую информацию в ДНК.
Эти добавки могут обеспечить защиту от вирусной инфекции или защитить животное. Например, одна защитная функция может включать увеличение выработки интерферона, противовирусного сигнального белка, который помогает координировать иммунную защиту.
«ДНК-белки, взаимодействующие с вирусами, были сильно обогащены для селекции у летучих мышей в отличие от большинства других млекопитающих, в которых существует очень сильное обогащение для отбора белков, взаимодействующих с такими вирусами, как ДНК, так и РНК»,» — сказал Судмант.
У людей и других приматов наблюдается другая картина. У них, как правило, больше генов, продуцирующих белки, которые взаимодействуют с РНК-вирусами, такими вирусами, как COVID и ВИЧ, по сравнению с ДНК-вирусами.
Почему вирусы летучих мышей могут быть настолько опасны для человека
Это эволюционное несоответствие между иммунной системой летучих мышей и человеком может помочь объяснить, почему некоторые вирусы, которые передаются от летучих мышей людям, могут привести к серьезным зоонозным заболеваниям.
«Люди и летучие мыши плохо приклеены к другу другу», — сказал он. — сказал Васкес. «Это одна из причин, почему мы должны быть осторожны при работе с летучими мышами — для зоонозов это улица с двусторонним движением». Мы не хотим что-то давать летучей мышкам и не хотим что-то от нее получать. Это несоответствие определенности является темой, на что нам следует обратить внимание».
Васкес продолжает развивать генетические механизмы, контролирующие продолжительность жизни, с помощью клеточных культур, на своей новой должности преподавателя в Университете штата Пенсильвания. Тем временем Судмант больше внимания уделяет тому, как эти клетки регулируют свое иммунное состояние.
«Одна вещь, которая меня действительно волнует, — это компромисс между тем, как летучая мышь, защищающая себя, производные белков, атакующие геномы вирусов, и постоянная защита своего умеренного генома от атаки этих белков», — сказал он. — сказал он.
Судмант в настоящее время хранит клеточные культуры многих видов приматов и использует их для изучения генетики долголетия и взаимосвязей между продолжительностью жизни и генами репарации ДНК.
Помимо Васкеса, Судмана и Лаутербура, которые сейчас работают в Университете Вермонта, среди других соавторов статей — Люси Этьен из École Normale Supérieure в Лионе, Франция, и Дэвид Энард из Университета Аризоны в Тусоне. Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения и Национальными стандартами.