A befecskendezett zöld algák (zöld) gyöngysorként ülnek az erekben (bíborvörös). Köszönetnyilvánítás: Özugur et al./iScience
Az ebihalak ereibe fecskendezett fotoszintetizáló algák oxigénnel látják el agyukat.
A vízben és a szárazföldön kettős életet folytató békák életük során számos légzési technikával rendelkeznek – a kopoltyúkon, a tüdőn és a bőrön keresztül. A német tudósok most egy másik módszert fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi az ebihalak „lélegzését” oly módon, hogy algákat juttatnak a véráramba, hogy oxigént szállítsanak. A kidolgozott módszert október 13-án mutatták be a folyóiratban iScience, elegendő oxigént biztosított ahhoz, hogy hatékonyan megmentse a neuronokat az oxigénhiányos ebihalak agyában.
„Az algák valójában annyi oxigént termeltek, hogy újra életre kelthetik az idegsejteket, ha úgy tetszik” – mondja Hans Straka, a Ludwig-Maximilians-University München vezető szerzője. „Sok ember számára úgy hangzik, mint egy sci-fi, de végül is ez a biológiai sémák és a biológiai elvek megfelelő kombinációja.”
Straka afrikai karmos békák ebihal agyában vizsgálta az oxigénfogyasztást.Xenopus laevis), amikor egy botanikussal folytatott ebédbeszélgetés során felmerült az ötlet a növényélettan és az idegtudomány összekapcsolására: a fotoszintézis erejének kihasználása az idegsejtek oxigénnel való ellátására. Az ötlet nem tűnt távolinak. A természetben az algák harmonikusan élnek szivacsokban, korallokban és kökörcsinekben, oxigénnel, sőt tápanyagokkal ellátva őket. Miért nem olyan gerinceseknél, mint a békáknál?
Miközben német kutatók zöldalgát fecskendeznek egy dobogó ebihal szívébe, az áttetsző állat erei fokozatosan zöldellnek. A megvilágítás hatására az algák oxigént termelhetnek. Köszönetnyilvánítás: Özugur et al./iScience
A lehetőség feltárására a csapat zöldalgát fecskendezett (Chlamydomonas renhardtii) vagy cianobaktériumok (Synechocystis) az ebihalak szívébe. Az algák minden szívveréssel áthatoltak az ereken, és végül elérték az agyat, élénkzöldre festve az áttetsző ebihalat. A fény ezekre az ebihalakra arra késztette mindkét algafajt, hogy oxigént pumpáljanak a közeli sejtekhez.
Miután algákat juttattak el az agyba, a kutatók izolálták az ebihal fejét, és oxigénhabfürdőbe helyezték, amely alapvető tápanyagokat tartalmazott, amelyek megőrizték a sejtek működését, így a csapat ellenőrizheti az idegi aktivitást és az oxigénszintet. Ahogy a kutatók kimerítették az oxigént a fürdőből, az idegek abbahagyták a tüzelést, és elhallgattak. Az ebihal fejének megvilágítása azonban 15-20 percen belül újraindította az idegi tevékenységet, ami körülbelül kétszer gyorsabb, mint a fürdő oxigénnel való feltöltése algák nélkül. Az újjáéledt idegek is ugyanolyan jól vagy még jobban teljesítettek, mint az oxigénkiürülés előtt, ami azt mutatja, hogy a kutatók módszere gyors és hatékony volt.
„Sikerült bemutatnunk az elv bizonyítási kísérletét ezzel a módszerrel. Elképesztően megbízható és robusztus volt, az én szememben pedig gyönyörű megközelítés” – mondja Straka. "Az elvi munka nem igazán jelenti azt, hogy a végén alkalmazhatod, de ez az első lépés más tanulmányok elindításához."
Míg a kutatók úgy gondolják, hogy eredményeik egy nap új terápiákhoz vezethetnek a szélütés vagy az oxigénhiányos környezet által kiváltott állapotok, például a víz alatti és a nagy tengerszint feletti magasságok kezelésére, az algák még messze nem állnak készen arra, hogy belépjenek a vérkeringésünkbe. A csapat következő lépése annak megvizsgálása, hogy a befecskendezett algák túlélnek-e az élő ebihalak belsejében, és folytathatják-e az oxigéntermelést anélkül, hogy immunválaszt okoznának, ami pusztítást okozna az állatokban.
Straka azt is elképzeli, hogy kutatása más laboratóriumok hasznára válik, amelyek izolált szövetekkel vagy organoidokkal dolgoznak. Az oxigéntermelő algák bevezetése elősegítheti ezeknek a szöveteknek a fejlődését, és növelheti túlélési arányukat, ami potenciálisan csökkentheti az élő állatok szükségességét a kísérletekhez.
„Új ötleteket és új koncepciókat kell felfedezni; ez az egyik módja a tudománynak” – mondja Straka. "Ha nyitott vagy, és hirtelen végiggondolod, egy ötletből láthatod az összes lehetőséget."
Hivatkozás: Suzan Özugur, Myra N. Chávez, Rosario Sanchez-Gonzalez, Lars Kunz, Jörg Nickelsen és Hans Straka „Zöld oxigénerőművek az agy megmentő neuronális tevékenységében”, 13. október 2021. iScience.
DOI: 10.1016/j.isci.2021.103158
Ezt a munkát a Német Tudományos Alapítvány, a Német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium és a Müncheni Idegtudományi Központ támogatta.
