Морская свинка Хрюн. Фото: Юрий Костюкевич
Ученый Сколтеха вырастил единственную в мире морскую свинку, меченную изотопами. В течение 156 дней животное по кличке Хрюн поили только тяжелой водой. Такая вода нерадиоактивна и давно используется в биомедицинских исследованиях как способ «метить» молекулы: природный изотоп дейтерий накапливается в химических связях органических соединений и служит индикатором, по которому можно отслеживать их образование и распад. Подход может быть полезен для изучения метаболизма человека, в том числе при разработке методов персонализированной медицины. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Химические элементы существуют в природе в виде изотопов — атомов с одинаковым числом протонов, но разным количеством нейтронов. В тяжелой воде атомы обычного водорода замещены его более тяжелым изотопом — дейтерием. Изотопы практически не отличаются по химическим свойствам, что позволяет использовать их как невидимые метки. Именно этот подход — замена обычных соединений на меченые и отслеживание их превращений — лежит в основе расшифровки большинства биохимических процессов.
В рамках эксперимента с морской свинкой Хрюном, которая принадлежит главному исследователю Юрию Костюкевичу и содержится в домашних условиях, ученый поил животное тяжелой водой. Метод основан на том, что дейтерий, попадая в организм, участвует в биохимических реакциях наравне с обычным водородом и встраивается в углерод-водородные связи органических соединений. Хрюн находился под постоянным наблюдением ученого, который контролировал его диету и физическую активность, а также проводил анализы.
Для отслеживания того, как изотопные метки встраиваются в различные биологические молекулы, исследователь использовал метод высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения. Масс-спектрометрия позволяет точно определять массу всех молекул, присутствующих в образце, и различать изотопы по их весу, что делает этот метод незаменимым для подобных исследований. Скорость появления метки в том или ином соединении отражает интенсивность его синтеза в организме.
В ходе работы были определены сроки, за которые содержание дейтерия в разных веществах достигало постоянного уровня. Конечное содержание изотопа в каждом соединении позволяет судить о том, в какой степени оно синтезируется самим организмом, а в какой поступает с пищей.
Также были выращены побеги овса на тяжелой воде. После того как Хрюн съел их, исследователь определил скорость вхождения изотопно-меченых веществ из овса в собственные биологические молекулы животного.
«Во время эксперимента мы тщательно следили за здоровьем и благополучными условиями содержания Хрюна. Наше исследование создало методическую базу использования изотопно-меченой еды для исследования персональных особенностей метаболизма, что открывает огромные возможности для его контроля. Мы уже отладили технологию получения изотопно-меченой микрозелени и в ближайшее время планируем начать исследования на добровольцах. Мы абсолютно уверены, что пройдет немного времени и мы научимся тонко настраивать диету человека для поддержания его здоровья, похудения и хорошего самочувствия», — поделился руководитель исследования, доцент Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Юрий Костюкевич.
Источник информации и фото: Сколтех
