Viață și știință - săptămânal științific

Vineri, 01 ianuarie 2021, Ziua Fruzsinei

Articole recente
Stiinte Sociale
Știința vieții
Știința neînsuflețită
Astronomie
Concurență

Poate că metanul poate salva vieți?

Stresul în mitocondrie

Soarta gazului metan s-a dovedit a fi destul de nedreaptă în viața științifică până acum, a fost considerată întotdeauna o substanță neutră, nereactivă, iar majoritatea oamenilor o asociază cu vacile, mirosurile neplăcute sau doar efectul de seră asupra metanului. Așadar, prima noastră veste surprinzătoare este că este un gaz inodor și este probabil capabil de mult mai mult decât am crezut până acum.

În susținerea acestui lucru, ei lucrează de mult timp la Institutul de Chirurgie Chirurgică din Universitatea din Szeged, unde un grup de cercetare de biologi și fizicieni lucrează pentru a clarifica rolul metanului ca un marker diagnostic important în mediile clinice. În acest scop, a fost realizată o metodă de măsurare bazată pe principiul spectroscopiei fotoacustice utilizând o analiză a respirației cu participarea mai multor voluntari sănătoși și bolnavi, unde concentrația de metan expirat a fost examinată în stări de stres aparent foarte îndepărtate. Numitorul comun în toate cazurile a fost disfuncția mitocondrială.

Lucrul minunat al instrumentului lor de măsurare este că pot prelua probe de la oameni fără intervenție și există, de asemenea, posibilitatea măsurării continue, în timp real. Eșantionul de aer intră în așa-numita cameră fotoacustică prin intermediul unei pompe, unde razele laser scanează camera și, dacă o moleculă considerată a fi un biomarker dat, în cazul nostru metan, este lovită, aceasta absoarbe lumina, provocând expansiune termică în jurul molecula. Și aceasta implică un fenomen sonor care este inaudibil urechii umane, pe care cercetătorii noștri îl pot trage pe un grafic folosind computerul lor. Pe scurt, cu cât este mai multă moleculă pe care o căutați în cameră, cu atât este mai tare în interior, deci semnalele de amplitudine pot fi înregistrate mai mari.

Energie la risc

Ce înțelegem prin disfuncție mitocondrială și cum poate aduce mai multe boli la un numitor comun? Lanțul respirator mitocondrial este centrul producător de energie al corpului nostru, a cărui funcționare optimă poate fi considerată esențială pentru toate funcțiile vieții. Aproape toate tipurile de celule eucariote cunoscute conțin mitocondrii, al căror număr și formă variază de la celulă la celulă. În țesuturile mai consumatoare de energie, metabolice active, precum cele asociate cu funcția musculară sau sistemul nervos, putem găsi mult mai multe dintre ele.

Genomul mitocondrial conține doar 37 de gene codificatoare care sunt responsabile pentru expresia a 16 proteine, toate acestea direcționând funcția lanțului de transport al electronilor (ETC). Complexele proteinei ETC acceptă electroni în cooperare cu coenzimele, astfel încât electronii formați în ciclul acidului citric sau detașați de moleculele donatoare de electroni călătoresc continuu prin centrele active ale complexelor care conțin ioni metalici până când ajung în cele din urmă la molecula de oxigen unde un electromotor de protoni forța este generată cu apă. Această energie conduce în cele din urmă enzima ATP sintetază, care, deși nu face parte din lanțul respirator, este scopul final al procesului, deoarece aici este necesară energia necesară pentru toate funcțiile vieții sub forma ATP.

Desigur, într-un sistem atât de complex și fin reglat, pot exista defecte minore, care în cazul nostru pot fi în primul rând formarea de radicali liberi reactivi. Se știe de mult că tranziția electronică în lanțul respirator nu are loc întotdeauna perfect, marea majoritate a speciilor reactive de oxigen (ROS) se formează aici. Chiar și în timpul respirației fiziologice normale, radicalii superoxizi s-au dovedit a fi formați din 1-2% din moleculele de oxigen din cauza reducerii imperfecte și există mai mulți centri redox în mitocondrii unde este posibilă formarea ROS.

Sunt cunoscute multe boli în care punctul critic este stresul oxido-reductiv datorat funcției afectate a lanțului respirator sau deficienței de oxigen sau utilizării afectate a oxigenului, a cărei focal principal sau țintă este mitocondriile. Exemplele includ diabetul de tip II, diverse boli cardiovasculare, boli asociate cu ischemie acută sau cronică, sepsis și mai multe boli neurodegenerative. Ceea ce au în comun toți este că este foarte dificil să se diagnosticheze bolile a căror rată a mortalității nu s-a modificat în ultimii 50 de ani, deoarece este crucial să începeți terapia cât mai devreme posibil, astfel încât detectarea timpurie.

Într-un rol nou

Publicații promițătoare au fost publicate anterior de personalul institutului care arată eliberarea de metan în diferite modele celulare și animale folosind un contor fotoacustic după inhibarea directă a funcției mitocondriale sau chiar în faza incipientă a sepsisului. Deoarece metoda lor este neinvazivă, au decis să nu se angajeze într-o serie cuprinzătoare de studii în care s-ar putea confrunta în cele din urmă cu probleme clinice reale.

În prima fază a cercetării, cercetătorii au analizat continuu conținutul de metan al aerului expirat al pacienților care au suferit o intervenție chirurgicală cardiacă în timpul operațiilor și au obținut rezultate surprinzătoare: atât după stop cardiac artificial, cât și insuficiență cardiacă neașteptată, au detectat o creștere a metan sau revenit la linia de bază.

Încurajați de acest lucru, au decis să utilizeze dispozitivul și, bineînțeles, metanul pentru a ajuta la diagnosticarea nou-născuților, eventual expuși deficienței de oxigen în uter, unde simptomele sunt foarte greu de distins de alte boli, dar depistarea precoce poate îmbunătăți starea tinerilor. pacienții foarte repede. În timpul studiului, bebelușii care prezentau simptome de hipoxie au trebuit să respire într-o mască cu respirație normală, iar proba de aer care a ajuns aici ar putea fi imediat analizată de echipa de cercetare folosind dispozitivul lor. În ciuda faptului că colonizarea bacteriilor producătoare de metan la sugari nu a avut loc încă, concentrații crescute de metan au fost observate în mai multe cazuri suspectate, oferind astfel dovezi suplimentare pentru existența acestui fenomen interesant. Mai mult, odată cu îmbunătățirea stării copiilor mici, a încetat și eliberarea de metan, iar copiii puteau fi duși acasă de părinți în câteva zile.

Studiile discutate până acum sunt extrem de promițătoare, dar pentru că sunt cercetări clinice, numărul cazurilor este limitat, fără a mai menționa birocrația, adică licențierea etică, uneori greu de tratat în cercetarea biomedicală. Cu toate acestea, există o stare de stres foarte asemănătoare cu cea menționată, pe care o știm cu toții foarte bine - majoritatea dintre noi destul de îndeaproape - intrăm în ea în mod voluntar și cântând, dar nu există nicio îndoială că ar trebui să fim spitalizați pentru aceasta și simptomele se termină într-o a treia zi, chiar și în cel mai rău caz. Această afecțiune este alcoolismul.

Alcool pentru medicamente

Nici nu ne-am gândi la cât de mult stres poate provoca chiar și o mică adunare de prieteni în procesele care au loc în interiorul respectivei celule dacă un pic de alcool intră în ochelari. La urma urmei, descompunerea alcoolului este în mare măsură un proces dependent de mitocondrie, întrucât atât participanții enzimatici, cât și produsele finale ale metabolismului împovărează acești constituenți celulari. Rata este, desigur, autoritară, dar dacă turnăm puțin mai bine asupra faringelui, molecule care pot duce la supărarea echilibrului oxidido-reductiv și apoi într-o măsură mai mare sau mai mică a funcției mitocondriale, care se presupune a fi însoțită prin eliberarea de metan, poate predomina deja.

Grupul de cercetare din Szeged a încercat, de asemenea, să investigheze această problemă, pentru care s-a ales o locație în care șansele de consum acut și cronic de alcool sunt cu siguranță mari. Te descurci cu metanul? au participat la Zilele Tineretului din Szeged 2013 cu seria lor de programe numite.

Rezumând rezultatele studiilor prezentate, putem spune cu încredere că, dacă ipoteza este adevărată și metanul poate fi într-adevăr un biomarker pentru aceste afecțiuni, clinica poate fi îmbogățită cu o procedură de diagnostic care nu necesită nicio intervenție, o completă fără riscuri. dar metoda extrem de sensibilă care este deja poate fi utilizată într-un stadiu incipient al bolii pentru a pune un diagnostic și, astfel, poate fi utilizată pentru a iniția o terapie mai eficientă.

Articolul a fost publicat în competiția de articole comune Life and Science și OTKA II. clasat.

Cercetarea a fost efectuată în cadrul SROP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 Programul Național de Excelență. Proiectul este susținut de Uniunea Europeană și cofinanțat de Fondul Social European. Suport suplimentar: TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0035.