Roundworms reagerer på fysisk aktivitet på samme måde som mennesker • Alyona Sukhoputova • Videnskabsnyheder om "Elements" • Fysiologi, Genetik

Roundworms reagerer på fysisk anstrengelse ligesom mennesker

Fig. 1. Repræsentanten for ormenes løb involveret i fysisk træning. Shot fra filmen "Men in Black – 2"

En gruppe forskere fra USA og Belgien viste, at den runde orm Caenorhabditis elegans som i stand til fysisk træning som vi er. De fysiologiske ændringer og ændringer i aktiviteten af ​​en række gener forårsaget af en enkelt træningssession i orme svarer til svaret hos pattedyr til motion: Efter træning registreres træthed og oxidativ stress, og antioxidantgener aktiveres. Ligesom hos pattedyr var den vigtigste energikilde til arbejdet i ormens muskler den fede udbud af muskelvæv. Resultaterne af denne undersøgelse åbner nye horisonter for afsløring af de fysiologiske, biokemiske og andre baser af virkningerne af fysisk aktivitet på vores helbred.

De gavnlige virkninger af motion på pattedyrene (herunder dig og mig) har været kendt i lang tid. Deres evne til at reducere sandsynligheden for diabetes, kræft og hjerte-kar-sygdomme, samt at bremse nogle aldersrelaterede sundhedsproblemer, er nu videnskabeligt bevist.Imidlertid er mekanismen for en sådan frugtbar virkning af fysisk træning på sundheden stadig dårligt forstået. En af grundene til dette er manglen på kortvarige modelorganismer, for hvilke det ville blive vist, at deres trænings fysiologi ligner vores. Undersøgelser af de langsigtede virkninger af træning på sådanne modelorganismer kunne afdække dette problem og give os hånd i nye værktøjer til at opretholde vores eget helbred.

Forskere fra Rutgersky (USA) og Gentstkogo (Belgien) universiteter kontrollerede, om en rundorm kan tjene til sådanne formål Caenorhabditis elegans – En velkendt model for forskning om udviklingsbiologi, genetik, neurofysiologi mv. (Se for eksempel nyheder "23.11.2006).

Det første problem, der skulle løses, var at bestemme, hvad der præcist skal betragtes som fysisk træning for ormen og hvordan man får det til at fungere. To grundlæggende bevægelsesmønstre, der var karakteristiske for rundorm, blev betragtet: kryb og svømning.Forskere besluttede at estimere det gennemsnitlige energiforbrug for disse to typer bevægelser. For at gøre dette sammenlignede de intensiteten af ​​stofskifte i hvile og under bevægelse. Det viste sig, at stoffets intensitet i en stationær tilstand i en væske er lavere end på en fast overflade, og under bevægelse er det næsten det samme i begge miljøer. Det viser sig således, at ormens energikostnader under navigationen er højere end under gennemsøgning på en fast overflade. Det betyder, at langvarig svømning i forhold til krybning kan betragtes som en fysisk øvelse for ormen. C. elegans.

I alle forsøg var der en kontrol- og eksperimentel gruppe. Worms i kontrolgruppen blev overført fra næringsstof agar podet med bakterier – mad til C. elegans – På ren agar i 90 minutter, hvor de gennemgås aktivt, så blev de returneret tilbage. Ormer i den eksperimentelle gruppe blev overført fra næringsmediet til bufferopløsningen, hvor de svømmede i 90 minutter, og derefter blev de også returneret til nærings agar (figur 2, a). Maskens tilstand efter fysisk anstrengelse er let at vurdere – det er nok at observere, hvordan ormene vil krybe over agarpladen: aktiv eller doven.

En anden bekræftelse på, at svømning kan ses som en træning er træthed, hvilke eksperimentelle orme viste efter en halvanden time svømmetur. Sammenlignet med kontrolgruppen gennemsøgede de mindre på agaret, der var podet med bakterier. Normal mobilitet blev fuldstændig restaureret en time efter træning (figur 2, b). Hertil kommer, at ormens bevægelse efter øvelsen var omvendt relateret til dens varighed (figur 2, c).

Fig. 2. Orme bliver trætte efter en lang svømmetur. en – forsøgsplan b – den afstand, som hver orm kravlede på det såede medium efter 90 minutters eksperiment c – forholdet mellem afstande, som forsøgsdyrene rejste til kontroller efter 5, 30, 60 og 90 minutters svømning ns – Forskelle er ikke signifikante, signifikante (betydelige) forskelle: * – P <0,05, **** – P <0,0001. Figur fra den diskuterede artikel i BMC Biologi

Det næste spørgsmål var, om svømning af orme er analog med fysisk træning af pattedyr på det fysiologiske niveau. I vores muskler aktiveres den intramuskulære metabolisme, som leverer musklerne med den nødvendige energi (seMitokondrier (Elements, December 12, 2010) var skyld i musens træthed. Under denne proces frigives reaktive oxygenarter (ROS) som et biprodukt i mitokondrier, cellens kraftværker, og oxidativ stress opstår. Det blev vist, at en lignende situation ses i orme efter træning: matrixen af ​​deres mitokondrier er meget mere oxideret sammenlignet med kontroldyr, situationen vender tilbage til normal kun en time efter eksperimentet.

Derudover ændres aktiviteten af ​​transkription af gener, som koder for antioxidant enzymer, som er nødvendige for neutraliseringen af ​​ROS, som følge af træning. Af de fem superoxiddismutase (SOD) -gener, der er til stede i de undersøgte arter, øges transkriptionsaktiviteten af ​​de to midlertidigt efter træning (SOD-4 og SOD-5) gentransskriptionsaktivitet sod-3 Tværtimod faldt, transkriptionen af ​​to gener blev ikke ændret (SOD-1 og sod-2). Mindsket transkriptionsaktivitet sod-3Ifølge forfatterne er det forbundet med behovet for at tilpasse musklerne til fysisk anstrengelse: De begynder at reagere på en stigning i niveauet af superoxid i mitokondrier og derefter starte arbejdet med superoxiddismutase.

Desuden testede forskerne transskriptionsaktiviteten af ​​to gener, hvis produkter er involveret i antioxidantaktiviteten af ​​glutathion: den der hovedsagelig virker i svælg og tarme (GCS-1) viste ikke nogen ændringer, men aktiviteten af ​​transkription arbejder i muskulaturen gst-4 steg betydeligt. Også øget ekspression efter træning observeres også i nogle varmchok proteingener, som, som det har vist sig for C. eleganser også involveret i at reagere på oxidativ stress.

Alle ovennævnte ændringer i genernes transkriptionsaktivitet blev ikke observeret, når mutantlamperede dyr blev anbragt i en bufferopløsning, det vil sige, de blev bestemt ved at svømme sig og ikke ved andre forsøgsbetingelser. Forskerne viste også, at dyr efter træning bedre end uuddannede stipendiater undergår behandling med en dødelig juglone, der producerer en stor mængde ROS. Dette blev bedømt af andelen af ​​overlevende individer (figur 3, a). Ormer fra linjer med mutationer i generne sod-3 og SOD-5 viste samme overlevelsesrate som vildtype. Men mutanterne SOD-4, selv om de overlevede efter at have trænet noget bedre end deres kontrolmodeller, men stadig generelt var deres overlevelsesrate signifikant lavere end for vildtype (figur 3, b). Således er det SOD-4 Af alle de transkriptionsændrende gener giver SOD det største bidrag til beskyttelse mod oxidativ stress efter træning.

Fig. 3. Øget overlevelsesrate for træne orme sammenlignet med kontroller 4 timer efter træningens afslutning. og – procentdelen af ​​vildtype overlevende orme, når de behandles med juglone i en koncentration på 3 mmol / liter 4 timer efter forsøget b – Den gennemsnitlige stigning i overlevelsesrate for træne orme sammenlignet med kontrollen i forskellige genetiske linjer. Stjerner indikerer betydning som i fig. 2. Figur fra diskuteret artikel i BMC Biologi

Er denne type træning for orme stressende? Det viste sig, at en række stressproteingener ikke ændrer deres aktivitet som reaktion på ormens en og en halv times svømning, men to gener øger ekspression som reaktion på eksperimenterende manipulationer. Kun ét gen er inkluderet strengt i færd med at træne ormen. Alt dette tyder på, at træning med vandprocedurer ikke medfører en generel stressreaktion i orme.

Forskerne spekulerede også på, hvilke stoffer der er hovedkilden til energi til ormens muskler under træning: kulhydrater eller fedtstoffer. For det første viste det sig, at alle de undersøgte gener, der koder for enzymer involveret i nedbrydning, syntese og transport af glucose, reducerer deres aktivitet under og efter træning. For det andet viste det sig, at gener, hvis produkter virker i muskler og er nødvendige for nedbrydning af fedtstoffer (og oxidationen af ​​deres produkter) i vid udstrækning aktiveres under træning. Deres modstykker, der arbejder i andre væv, ændrer heller ikke deres aktivitet eller reducerer det noget. Og de gener, der er ansvarlige for syntesen af ​​fedtsyrer, har efter svømning signifikant reduceret transkriptionsaktivitet. Det viser sig at under en intens træning med en orm C. elegans glukosemetabolismen er reduceret, splittelsen af ​​fedtstoffer i muskelvæv intensiveres og deres syntese er bremset. Det er nysgerrig, at aktiviteten af ​​nogle gener øges, hvis produkter tilsyneladende isolerer fedtsyrer under træning for at undgå begyndelsen af ​​syntesen af ​​fedtstoffer.

Tælling og sammenligning af mængden af ​​fedtdråber, nemlig i denne form for lagrede fedtstoffer i de undersøgte arter, visteat de uddannede orme i muskelvævet efter forsøget falder signifikant mindre fedt i forhold til kontrolgruppen. Samtidig er der ingen signifikante forskelle i andre væv. En time efter træningens afslutning genoprettes den normale mængde fedtdråber i musklerne.

Sådan virker ormens organisme på træningsbetingelserne. Det er bemærkelsesværdigt, at vi lige har fedtet opbevaret i muskelvævet, som er de vigtigste energikilder under træningen. Derudover ligner alle de centrale punkter i forbindelse med oxidativ stress og regulering af stofskifte meget hvad vi ved om reaktionen hos pattedyr til motion. Og det er håbet, at denne forskning vil fortsætte, og snart vil vi lære mere om vores egne træningsprogrammer og deres konsekvenser, denne gang på lang sigt.

Kilde: Ricardo Laranjeiro, Grish Harinath, Daniel Burke, Bart P. Braeckman, Monica Driscoll. Enkle svømmesessioner i C. elegans fremkalde centrale træk ved pattedyrsøvelse. BMC biologi. 2017. DOI: 10.1186 / s12915-017-0368-4.

Alena Sukhoputova


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: