Die ingespuite groen alge (groen) sit binne die bloedvate (magenta) soos 'n string pêrels. Krediet: Özugur et al./iScience
Fotosinteterende alge wat in die bloedvate van paddavissies ingespuit word, verskaf suurstof aan hul brein.
Paddas lei 'n dubbele lewe in water en op land, en paddas het baie asemhalingstegnieke – deur die kieue, longe en vel – in die loop van hul leeftyd. Nou het Duitse wetenskaplikes 'n ander metode ontwikkel wat paddavissies toelaat om te "asemhaal" deur alge in hul bloedstroom in te voer om suurstof te voorsien. Die metode wat ontwikkel is, is op 13 Oktober in die joernaal aangebied iScience, het genoeg suurstof verskaf om effektief neurone in die brein van suurstof-ontneemde paddavissies te red.
"Die alge het eintlik soveel suurstof geproduseer dat hulle die senuweeselle weer lewendig kan maak, as jy wil," sê senior skrywer Hans Straka van Ludwig-Maximilians-Universiteit München. “Vir baie mense klink dit soos wetenskapfiksie, maar dit is immers net die regte kombinasie van biologiese skemas en biologiese beginsels.”
Straka het suurstofverbruik in paddavisse breine van Afrika-klou paddas bestudeer (Xenopus laevis) toe ’n middagete-gesprek met ’n plantkundige ’n idee laat ontstaan het om plantfisiologie met neurowetenskap te kombineer: benutting van die krag van fotosintese om senuweeselle van suurstof te voorsien. Die idee het nie vergesog gelyk nie. In die natuur leef alge harmonieus in sponse, korale en anemone, wat hulle van suurstof en selfs voedingstowwe voorsien. Hoekom nie in gewerwelde diere soos paddas nie?
Soos Duitse navorsers groen alge in 'n kloppende paddavishart spuit, word die deurskynende dier se are geleidelik groen. By verligting kan die alge suurstof produseer. Krediet: Özugur et al./iScience
Om die moontlikheid te ondersoek, het die span groen alge (Chlamydomonas renhardtii) of sianobakterieë (Synechocystis) in paddavissies se harte. Met elke hartklop het die alge deur bloedvate ingeduik en uiteindelik die brein bereik, wat die deurskynende paddavissie heldergroen verander het. Skynende lig op hierdie paddavissies het albei algespesies aangespoor om suurstof na nabygeleë selle uit te pomp.
Nadat alge na die brein versprei is, het die navorsers die paddavissie se kop geïsoleer en dit in 'n suurstofborrelbad geplaas met noodsaaklike voedingstowwe wat die funksionering van die selle sou bewaar, wat die span in staat stel om neurale aktiwiteit en suurstofvlakke te monitor. Soos die navorsers suurstof uit die bad uitgeput het, het die senuwees opgehou skiet en het stil geraak. Die verligting van die paddakop het egter die neurale aktiwiteit binne 15 tot 20 minute weer begin, wat ongeveer twee keer vinniger is as om die bad met suurstof aan te vul sonder die alge. Die herleefde senuwees het ook so goed of selfs beter gevaar as voor suurstofuitputting, wat toon dat die navorsers se metode vinnig en doeltreffend was.
“Ons het daarin geslaag om die bewys van beginsel-eksperiment met hierdie metode te wys. Dit was ongelooflik betroubaar en robuust, en in my oë 'n pragtige benadering,” sê Straka. “Om in beginsel te werk beteken nie regtig dat jy dit aan die einde kan toepas nie, maar dit is die eerste stap om ander studies te begin.”
Terwyl die navorsers dink hul bevindinge kan eendag lei tot nuwe terapieë vir toestande wat veroorsaak word deur beroerte of suurstof-skaars omgewings, soos onderwater en hoë hoogtes, is alge nog lank nie gereed om ons bloedsirkulasie te betree nie. Die span se volgende stap is om te kyk of die ingespuite alge binne lewende paddavissies kan oorleef en suurstofproduksie kan voortsit sonder om ’n immuunreaksie te veroorsaak wat verwoesting op die diere saai.
Straka beoog ook dat sy navorsing ander laboratoriums sal bevoordeel wat met geïsoleerde weefsels of organoïede werk. Die bekendstelling van suurstofproduserende alge kan hierdie weefsels help om te floreer en hul oorlewingsyfers te verhoog, wat moontlik die behoefte aan lewende diere vir eksperimente verminder.
“Jy moet nuwe idees en nuwe konsepte hê om te verken; dit is een van die maniere waarop wetenskap gedryf word,” sê Straka. "As jy oopkop is en dit deurdink, kan jy skielik al die moontlikhede uit een idee sien."
Verwysing: “Groen suurstofkragsentrales in die brein red neuronale aktiwiteit” deur Suzan Özugur, Myra N. Chávez, Rosario Sanchez-Gonzalez, Lars Kunz, Jörg Nickelsen en Hans Straka, 13 Oktober 2021, iScience.
DOI: 10.1016/j.isci.2021.103158
Hierdie werk is ondersteun deur die Duitse Wetenskapstigting, die Duitse Federale Ministerie van Onderwys en Navorsing, en die München Sentrum vir Neurowetenskap.
