چرا وقتی که طبیعت جواب می دهد چرخ را دوباره اختراع کنیم؟
این چیزی است که محقق مایکل یانچ، Ph. D. دانشگاه پزشکی کارولینای جنوبی، با اقتباس از زمینه بیومیمیکری که در آن محققان به دنبال راه حل های خلاقانه برای مشکلات انسانی به طبیعت هستند، درست است.
در مورد یانچ، الهام طبیعی او از دلفین هایی می آید که به نظر می رسد پروتئین های محافظی دارند که ممکن است حاوی سرنخ هایی برای درمان بیماری های مرتبط با پیری در انسان باشد. یک مطالعه اخیر که در شماره 26 سپتامبر در Nature's Scientific Reports منتشر شد، نشان داد که سرم دلفین حاوی سطوح بسیار بالایی از پروتئین آنتی اکسیدانی است.
Janech، مدیر آزمایشگاه پروتئومیکس نفرولوژی MUSC، گفت که از این یافته شگفت زده شده است و در مورد اینکه چگونه می توان از آن در مطالعات آینده برای کمک به انسان ها استفاده کرد هیجان زده است. دلفین‌ها از غواصی‌هایی که اندام‌های حیاتی را بدون آسیب رساندن به اکسیژن محروم می‌کنند زنده می‌مانند و این امر برای انسان کشنده است. در طول غواصی که می تواند تا 90 دقیقه طول بکشد، پستانداران دریایی جریان خون را به کلیه ها، کبد، قلب و ریه های خود محدود می کنند تا اکسیژن بیشتری را به مغز منتقل کنند.
وقتی پستانداران دریایی دوباره ظاهر می شوند، جریان خون اکسیژن دار به آن اندام ها باز می گردد بدون اینکه اندام ها آسیب ببینند. با این حال، در انسان، همان پدیده هیپوکسی یا محرومیت از اکسیژن و به دنبال آن اکسیژن‌رسانی مجدد، مانند تجربه در هنگام حمله قلبی، سکته مغزی و آسیب حاد کلیه، باعث آزاد شدن رادیکال‌های آزاد می‌شود که تصور می‌شود به اندام‌های انسان آسیب می‌رسانند. Janech، محقق کلیه و متخصص در پروتئومیکس، کنجکاو بود که چه چیزی این مزیت را به دلفین ها می دهد.
او گفت Proteomics مطالعه تمام پروتئین هایی است که توسط ژن ها کدگذاری می شوند.ما سعی می کنیم همه پروتئین ها را در یک زمان به جای پروتئین های فردی در یک سلول یا بافت یا ارگانیسم تجزیه و تحلیل کنیم. وضعیت‌های بیماری خاص. ما همین کار را با پروتئین‌های خاصی انجام می‌دهیم."
این کار کوچکی نیست.
"بیش از 100000 نوع پروتئین وجود دارد، اما هر پروتئین را می توان تغییر داد. ما بیش از یک میلیون نوع پروتئین مختلف بر اساس تغییرات داریم."
از آنجایی که تنوع پروتئین‌ها بسیار زیاد است، محققان معمولاً به طیف‌سنج‌های جرمی نیاز دارند که با وضوح بالا کار کنند و به محققان اجازه می‌دهند هویت پروتئین‌ها و سایر مولکول‌های مورد نظر را دقیقاً تعیین کنند. این تخصص در نحوه انجام مطالعه فعلی مفید بود.
زمانی که یانچ با مرکز پستانداران دریایی در Sausalito، کالیفرنیا، و بنیاد ملی پستانداران دریایی در سن دیگو، کالیفرنیا، برای شناسایی نشانگرهای زیستی در شیرهای دریایی تحت تأثیر شکوفه های جلبک های سمی در ساحل غربی کار می کرد، متوجه شد که برخی از دلفین های مدیریت شده در ایالات متحدهبرنامه پستانداران دریایی S. نیروی دریایی بسیار طولانی تر از پستانداران وحشی زندگی می کردند.
آنها با افزایش سن دچار مقاومت به انسولین و بیماری کبد چرب می شدند، روندی که با ایجاد سندرم متابولیک در افراد سازگار است. این مشاهده فرصتی نادر را ارائه داد.
"این مدلی نیست که کسی در طبیعت ببیند، زیرا دلفین ها معمولاً در طبیعت به این پیری نمی رسند."
Janech با استفانی ون-واتسون، مدیر برنامه تحقیقات پزشکی ترجمه بنیاد ملی پستانداران دریایی در سن دیگو، و راندال ولز، مدیر برنامه تحقیقاتی دلفین ساراسوتا در فلوریدا، مدیر انجمن جانورشناسی شیکاگو، به نیروهای خود پیوست. ون واتسون یک متخصص دامپزشکی از جمعیت دلفین های مدیریت شده توسط نیروی دریایی است، در حالی که ولز متخصص زیست شناسی دلفین های وحشی است.
گروه با هم در تلاشند تا علت مقاومت به انسولین را در دلفین‌های مدیریت‌شده تعیین کنند و سپس از دانش شباهت‌های انسان و دلفین برای یافتن سرنخ‌هایی برای درمان این بیماری در هر دو گونه استفاده کنند.با بودجه ارائه شده توسط دفتر تحقیقات نیروی دریایی، آزمایشگاه یانچ شروع به ردیابی آدیپونکتین در سرم جمعیت دلفین های دماغ بطری مدیریت شده و وحشی کرد.
سطح آدیپونکتین، یک هورمون حساس کننده به انسولین، در دلفین های مدیریت شده مبتلا به سندرم متابولیک در مقایسه با دلفین های موجود در طبیعت متفاوت بود. به منظور بررسی ارتباط کارشان با سندرم متابولیک انسانی، آن ها همچنین آنالیزهای ساده پروتئومی را در نمونه های سرم انسان و دلفین انجام دادند.
با توجه به اینکه پروتئین های اصلی در پستانداران در بین گونه ها ثابت هستند، آنها انتظار داشتند که بیشترین غلظت پروتئین ها در هر دو گونه مشابه باشد. او گفت، با این حال، هنگامی که آنها دقیقاً زیر آستانه را نگاه کردند، چیزی که آنها پیدا کردند، تعجب آور بود.
یازده پروتئین حداقل ۱۰۰ برابر بیشتر از انسان در سرم دلفین شایع بود. در ابتدا، این گروه این را به عنوان تفاوت در اصل و نسب ژنتیکی نوشتند: در برخی از شاخه های فیلوژنتیکی در درخت تکاملی رشد، برخی از پستانداران منشعب شدند و به شکل حشره دار دو انگشتی رشد کردند و برخی در ادامه تبدیل به نخستی شدند.
دلفین های بینی بطری پستاندارانی هستند که از نوادگان سم پا مانند خوک، آهو و زرافه به وجود آمده اند. برای بررسی اینکه آیا این مورد است، آنها همچنین پروتئوم سرم خوک را ترسیم کردند و دوباره شگفت زده شدند. تفاوت های 100 برابری در 5 مورد از پروتئین ها، از جمله وانین-1 و آدیپونکتین، را نمی توان با تفاوت های ساده فیلوژنتیکی توضیح داد.
در حالی که مشخص شده است که آدیپونکتین در دلفین ها بالاتر است، به عنوان راهی برای کنترل ذخیره گلوکز در طول تغذیه، وانین-1 بسیار بالا یک یافته جدید بود. به طور جالب توجه، سطح بیش از حد وانین-1 با کاهش عملکرد کبد در دلفین‌های وحشی مرتبط بود، که نشان می‌دهد آنها یک اثر محافظتی در جلوگیری از سندرم متابولیک دارند. اما Janech، Venn-Watson و Wells همچنین متوجه نیاز بالقوه دیگری به وانین-1 شدند. عملکرد وانین-1 ساختن ویتامین B5 است و با انجام این کار آنتی اکسیدانی آزاد می کند که نشان داده شده است که از بافت ها در برابر آسیب محافظت می کند، مانند آنچه پس از هیپوکسی و اکسیژن رسانی مجدد در غواصی و لایه برداری مجدد رخ می دهد.
سوال این است که آیا این می تواند به انسان کمک کند تا در برابر هیپوکسی که باعث آسیب حاد کلیه می شود، مقاومت کند، چیزی که یانچ برای مطالعه آن به بنیاد ملی علوم درخواست داده است. او و همکارانش در حال جمع‌آوری نمونه‌هایی از تعدادی از پستانداران دریایی غواصی و غیرغواصی، و پستانداران محدود به خشکی هستند و پروتئوم‌های آنها را نیز نقشه‌برداری می‌کنند. آنها به همکاری فعلی خود ادامه داده اند و همچنین شامل دانشجویان فارغ التحصیل از آزمایشگاه دریایی گریس کالج چارلستون و محققین مؤسسه ملی استانداردها و فناوری در آزمایشگاه دریایی هولینگز برای کمک به اندازه گیری آنها می شود.
Janech گفت که چیزهای زیادی برای یادگیری از زمینه بیومیمیکری وجود دارد، به ویژه در رابطه با پروتئومیکس.
"پروتئین ها اسب های کار ژن ها هستند. این نحوه عملکرد ژن برای سلول است. عملکرد سلول از طریق پروتئین ها انجام می شود. به همین دلیل است که ما می خواهیم پروتئین ها را مطالعه کنیم. اینها آنزیم های شما هستند." او گفت.
"این اولین قدم است. می‌خواستیم بپرسیم چه تفاوتی در حیوانی وجود دارد که می‌تواند کاری را انجام دهد که به انسان آسیب می‌زند، و آنها این کار را هر روز انجام می‌دهند. و آیا می‌توانیم آن را به پزشکی انسانی برگردانیم؟"
