Изучение крошечных червей может раскрыть новые аспекты человеческой жизни

Два недавних исследования Университета Южной Калифорнии на крошечных червях могут дать представление о том, как генетика и диета влияют на репродукцию и продолжительность жизни многих других видов, включая человека.

Caenorhabditis elegans, или C. elegans, — это вид миллиметровых нематод, которые на первый взгляд не очень похожи на млекопитающих: они питаются бактериями и в основном являются гермафродитами, размножающимися самооплодотворением. Однако несколько генов у этих червей оказались высоко эволюционно консервативными (то есть встречаются у других видов, включая человека), что делает их полезной моделью для исследований, отметил доцент Школы геронтологии Леонарда Дэвиса Университета Южной Калифорнии Шон Курран.

Как диеты влияют на репродукцию и продолжительность жизни

В недавней публикации Куррана, соавтором которой является кандидат наук по молекулярной биологии Николь Штур (опубликована 6 ноября в Communications Biology), исследуется, как изменение бактериальной диеты C. elegans может изменить развитие, репродукцию и метаболизм животных. В лаборатории C. elegans кормят монокультурами бактерий, обычно штаммом E. coli OP50, но такие диеты не отражают разнообразия, доступного червям в природе.

Чтобы разнообразить рацион червей, им предоставили штаммы E. coli OP50, HT115 и HB101, а также три различных микробных штамма, легко идентифицируемых по цвету: красный methylobacterium, оранжевый xanthomonas и желтый sphingomonas. Хотя шесть диет обеспечивали одинаковую калорийность, их питательный состав различался. Исследователи измерили концентрации глюкозы, глицерина, гликогена, триглицеридов и воды, чтобы создать пищевые профили.

У червей, питавшихся красной и желтой диетами, исследователи отметили увеличение продолжительности жизни, но снижение репродукции по сравнению с оранжевой и тремя диетами на основе E. coli. Также наблюдались различия в отложении жиров (больше в теле или в репродуктивных клетках) и в скорости роста на личиночных стадиях, что указывает на существенное влияние типа диеты на развитие. Изменения, вызванные разными бактериальными диетами, проявлялись не только в разнообразных фенотипах, но и на генетическом уровне, вызывая колебания в экспрессии генов, связанных с развитием, содержанием жира, репродукцией, продолжительностью здоровья и жизни.

"В отличие от людей, которые могут выбрать вегетарианство, палеодиету, безглютеновое питание и т.д., для червей не существует определенной диеты. Это исследование представляет три новые диеты и сравнивает их со стандартными диетами на E. coli. Эти диеты оказывают драматическое влияние на продолжительность здоровья и жизни", — сказал Курран. "Наша цель сейчас — определить, какие аспекты каждой диеты являются причинными. Эти новые диеты станут мощным инструментом в нашей генетической работе для быстрого определения взаимосвязей ген-диета у червя, а затем переноса этих исследований в сферу здоровья и долголетия человека".

Изучение генов, влияющих на фертильность

В другом недавнем исследовании, опубликованном 9 ноября в Scientific Reports, Курран и кандидат наук по молекулярной биологии Эми Хаммерквист исследовали роль гена MAFR-1, который подавляет производство белка РНК-полимеразы III.

Когда ген MAFR-1 подавляли у C. elegans, сперматиды (мужские половые клетки) червей становились меньше нормы и менее успешными в оплодотворении. Однако при восстановлении экспрессии MAFR-1 в репродуктивных клетках червей размер и функция сперматидов также восстанавливались.

MAFR-1 является гомологом (эквивалентным геном у другого вида) гена Maf1, который встречается по всему животному царству, включая человека. Предыдущие исследования показали, что нарушение активности Maf1 приводит, помимо увеличения активности РНК-полимеразы III, к повышению внутриклеточного содержания жира и, в некоторых случаях, к изменению продолжительности жизни.

"Учитывая высокую степень консервативности активности Maf1 у разных видов, наше исследование может указать на схожие роли Maf1 и РНК-полимеразы III в мужской фертильности млекопитающих", — сказал он. "Насколько нам известно, это первый случай манипуляции любым гомологом Maf1 в какой-либо отдельной ткани многоклеточного организма. В совокупности наши данные позволяют предположить, что Maf1 может играть уникальные роли в уникальных тканях, что требует дальнейшего изучения".