Жить без кислорода

Весной 2021 года Российский научный фонд выделил группе ученых Института цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН грант на изучение молекулярных механизмов устойчивости амфибий к гипоксии (кислородному голоданию). Работа над этим проектом продвигается успешно и уже принесла первые результаты.

Общеизвестно, что человек, как и большинство млекопитающих, крайне чувствителен к гипоксии. Даже кратковременное (несколько минут) ограничение количества потребляемого кислорода влечет за собой необратимые патологические изменения в некоторых органах и, как следствие, смерть. Локальное ограничение количества кислорода (ишемия) также часто встречающаяся патология человека. Один из самых устойчивых к гипоксии видов млекопитающих, голый землекоп Heterocephalus glaber, способен выдержать 10–20 минут без кислорода. В то же время среди других групп позвоночных есть примеры гораздо более выдающейся устойчивости: некоторые виды рептилий и рыб способны выживать недели и месяцы при полном отсутствии кислорода.

Недавно в поле зрения ученых попали лягушки. Точнее, один конкретный вид - сибирская лягушка (Rana amurensis). «Традиционно считалось, что амфибии заметно хуже переносят отсутствие кислорода, чем рептилии. Но, как показали исследования наших коллег из Магадана под руководством Даниила Иосифовича Бермана, сибирская лягушка адаптировалась к зимовке в заморных водоемах, где к концу зимы в воде практически не остается кислорода. Однако лягушки не только месяцами способны жить в этих условиях и даже сохраняют определенную двигательную активность», - рассказал старший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Сергей Шеховцов.

Изучению механизмов адаптации к отсутствию кислорода, которые сформировались у лягушек, и посвящен проект, поддержанный грантом РНФ. Для этого ученые сравнивают биохимические механизмы и геномы трех видов лягушек: высокоустойчивый к гипоксии вид (сибирская лягушка R. amurensis), среднеустойчивый (остромордая лягушка R. arvalis) и неустойчивый (дальневосточная лягушка R. dybowskii).

Работа уже принесла первые результаты: исследование метаболомов печени и сердца сибирской лягушки показало, что в состоянии гипоксии резко увеличиваются концентрации маркёров гипоксии (лактата, аланина, сукцината и др.). Показано, что сибирская лягушка испытывает сильный энергетический стресс, что проявляется в резком изменении соотношений АТФ/АДФ, NAD+/NADH и креатинфосфат/креатин. У сибирской лягушки, кроме того, сильно повышен уровень глутатиона, что можно интерпретировать как подготовку к стрессу реоксигенации.

«Следующий шаг – понять, какие гены и белки задействованы в этом механизме адаптации. Это единственный пример такой устойчивости среди наземных позвоночных, недавно открытый и потому совершенно неизученный, чем и обусловливается ценность проекта для фундаментальной науки», - подчеркнул Сергей Шеховцов.

Исследование имеет не только фундаментальное значение, но и определенные прикладные перспективы. Информация о том, формируется ли устойчивость к состояниям гипоксии и ишемии, какие белки и гены вовлечены в этот процесс, может быть востребована при разработке новых способов терапии подобных патологий и у человека.

Информация предоставлена пресс-службой ИЦиГ СО РАН

Источник фото: ria.ru