Цивилизация
Сколько вы можете пробежать без остановки? Наверное, самые изнурительные олимпийские виды — это марафон и лыжные гонки на 50 км, на которые рекордсмены тратят около двух часов.
Однако такие забеги не проходят для организма даром. В результате повышения нагрузки и недостатка кислорода наши мышечные клетки переключаются с окислительного на бескислородный способ получения энергии из углеводов, и в мышцах образуется большое количество молочной кислоты. И если хорошо не размять их после бега, то на следующее утро вам гарантированы очень неприятные ощущения — та самая «ломка», которая хорошо знакома всем начинающим спортсменам.
«Могучая» мышь, созданная исследователями из Университета Кейс-Вестерн-Резерв в Огайо, может за 6 часов пробежать без остановки 5–6 километров со средней скоростью 20 метров в минуту.
Её мышцы способны потреблять в несколько раз больше жирных кислот и при этом выделять мало молочной кислоты. Генетически модифицированные мыши едят на 60% больше своих собратьев, но при этом остаются спортивнее и стройнее, а главное, живут и размножаются дольше.
По словам Ричарда Хансона, профессора биохимии и соавтора работы, женские особи новой линии PEPCK-Cmus дают потомство даже в возрасте 2,5 года (обычные мыши прекращают размножение в однолетнем возрасте). Как выяснили учёные, за всё это ответственна оверэкспрессия гена фермента фосфоенолпируват карбоксиназы (PEPCK-C).
Линия супермышей была создана Парвином Хакими, сотрудником лаборатории Хансона, в результате длительных исследований, целью которых было выяснить метаболизм и физиологические функции PEPCK-C в жировой и скелетно-мышечной ткани. Работа под названием «Оверэкспрессия цитозольной формы фосфоенолпируват карбоксиназы в скелетных мышцах мышей перестраивает общий метаболизм» опубликована в реферируемом журнале Journal of Biological Chemistry.
Трансгенные мыши, число которых сейчас уже насчитывает 500, были выведены из шести линий. Для этого ученые создали химерный ген — связали кодирующую фермент PEPCK-C ДНК с промотером белка актина. Затем они вставили эту ДНК в клетки мышей-«прародителей». В результате запуск синтеза актина — одного из основных мышечных белков — приводил к повышенной экспрессии PEPCK-C именно в клетках скелетных мышц.
Естественно, различные линии грызунов давали разный выход PEPCK-C, но в самой активной он составил 9 условных единиц на грамм вещества мышечной ткани — это в сотню раз больше, чем у контрольной группы!
Обычно при выведении новой линии лабораторных мышей необходим не только тщательный анатомический, биохимический, но еще и генетический анализ, подтверждающий наличие и закрепленность изменений. Но в этом эксперименте всё оказалось намного проще. Уже с самого начала поведение мышей кардинально отличалось от обычного: они действительно непрерывно бегали по своим клеткам. Исследователи говорят, что достаточно было просто наблюдать за ними и отбирать самых активных.
Ключевые показатели мышечной нагрузки — поглощение кислорода, выделение углекислого газа и концентрация молочной кислоты в крови. Чтобы выяснить, как они меняются при увеличении нагрузки, мышек заставили бегать по беговой дорожке, стоящей под углом 25 градусов к горизонту. Каждую минуту скорость повышали на 2 метра в минуту, пока мыши не останавливались. Мыши PEPCK-Cmus держались в среднем 31,9 минут, разогнавшись до одного метра в секунду. Грызуны контрольной группы выдержали лишь 19 минут «аттракциона».
Как показали анализы, ключевым отличием «супермышей» оказалось именно поведение уровня молочной кислоты. Если в контрольной группе он повышался по мере усиления нагрузки, то у мышей PEPCK-Cmus оставался практически без изменений. Наверное, счастливые грызуны не испытывают «ломки», перезанимавшись в тренажёрном зале.
Американские учёные выяснили и причину этих отличий. Оказывается, в качестве источника энергии мыши PEPCK-Cmus используют жирные кислоты — так называемые триглицериды, в то время как мышцы грызунов контрольной группы при увеличении нагрузки переключались на более энергоемкий гликоген, запасенный в печени и мышцах. При этом у этих мышей увеличено содержание митохондрий и триглицеридов в мышечных клетках, что также связано с увеличением продолжительности жизни и уровнем метаболизма.
Кстати говоря, подобное поведение показывает и, наверное, самая важная мышца человеческого тела — миокард.
Хотя миокард, как и скелетные мышцы, образован поперечно-полосатой тканью, его эмбриональное развитие и свойства сильно отличаются. В частности, основной источник энергии для содержащей много митохондрий сердечной мышцы — триглицериды.
Как и многим спортсменам, за такие сверхспособности мышам пришлось расплачиваться с природным характером. Анализ поведения показал, что мыши PEPCK-Cmus не только в семь раз активнее, но и значительно агрессивнее своих собратьев.