Чтобы выжить и оставить потомство, животным приходится постоянно менять метаболизм и способы поиска пищи в зависимости от ее пригодности. Обычно они мигрируют в более приятные места, богатые едой.
Червь человеку брат
Хотя нематода C. Elegans (Caenorhabditis elegans) стоит на эволюционной лестнице очень далеко от человека, но многочисленные биологические процессы, которые происходят в организме червя, те же, что и у людей. Этот крошечный полупрозрачный червь – полезный инструмент для изучения генов, которые регулируют хранение жировых запасов. Ученые считают, что у C. Elegans эти гены идентичны аналогам у млекопитающих.
К тому же у круглого червя очень простая нервная система: всего 302 нейрона. Специальные сенсорные нейроны отвечают за определение съедобности пищи. Если еда непригодна или ее вообще нет, червь отправляется на поиски более удобоваримой окружающей среды.
Исследователи из Кембриджского университета (University of Cambridge) решили проверить, как C. Elegans меняет пищевое поведение в зависимости от пригодности пищи. И как он регулирует расход энергии, аппетит, жировые запасы для выживания в условиях бескормицы.
На связи кишечник
Как говорят ученые, клеткам приходится отвечать на химические сигналы, поступающие от пищи. За передачу сигналов в клетках отвечают рецепторы, связанные G-протеином (GPCRs) – большое семейство белков. Они распознают молекулы рядом с клеткой и вызывают в ней биохимические реакции, например, изменения в метаболизме в зависимости от вида пищи.
У млекопитающих регулировать скорость метаболизма, расход энергии и накопление жиров помогают специальные сигнальные партнеры. Один из них, нейропептид Y (NPY), активирует аппетит, а пептид YY (PYY) синтезируется в кишечнике после появления там пищи, чтобы остановить ее потребление.
У C. Elegans есть минимум 23 гена, которые кодируют эти нейрохимические передатчики. Их называют flp-гены. Кембриджские ученые решили проследить взаимодействие между определенными рецепторами и этими генами, чтобы понять, как пищевое поведение взаимодействует с метаболизмом.
Толстеющие черви
Исследователи стали последовательно «выбивать» flp-гены. Оказалось, что черви с мутациями в гене flp-18 с трудом распознают пищу обонянием. При этом у них в кишечнике откладывается больше жира, а метаболизм замедляется. Кроме того, экспериментаторы нашли еще два рецептора клеточной мембраны, NPR 4 и NPR 5, которые активизируются белком гена flp-18.
Оба рецептора позволяют информации поступать из кишечника в нервную систему. Ученые считают, что именно они тормозят расход энергии, когда пища вокруг оказывается несъедобной.
Следовательно, говорят авторы работы, кодируемые flp-18 нейропептиды играют центральную роль в регуляции пищевого поведения, накоплении жиров и изменения метаболизма в ответ на свойства пищи.
Худеющие черви
Метаболизм C. Elegans уже не первый раз активно изучается биологами. И не всегда этому круглому червю удается потолстеть на лабораторных хлебах. Сотрудники Университета Макгилла переставали кормить C. Elegans, чтобы убедить его залечь в спячку. Но среди уснувших червей обнаружились те, кто умер от голода уже через две недели. Ученым пришлось отложить основное исследование и разобраться, почему часть подопытных организмов так скоропостижно скончалась. Оказалось, что мутация заставила организм червя работать во время спячки, как при бодрствовании, и активно сжигать жировые запасы.
Исследователи считают, что такие механизмы в ходе эволюции сохранились и у млекопитающих. Поэтому изучение генетических и биохимических особенностей реакции на пищу у одного из самых простых многоклеточных животных может помочь раскрыть суть этого процесса у человека.
Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Metabolism.