Серцеві напади лікуватимуть фотосинтезуючими бактеріями

Бактерії Synechococcus elongatus на кардіоміоциті щури

Jeffrey E. Cohen et al / Science Advances 2017

Біологи зі Стенфордського університету зуміли зменшити серцеву недостатність у щурів за допомогою фотосинтезирующих бактерій, введених в серце. При висвітленні такі бактерії проводили кисень, і серцева діяльність щурів з блокованими серцевими судинами значно поліпшувалася. дослідження опубліковано в Science Advances.

Серцевий напад, або інфаркт міокарда, відбувається внаслідок некрозу ділянки серцевого м'яза. Це, в свою чергу, трапляється через нестачу кровопостачання, а саме - брак кисню в цій ділянці. Викликати інфаркт можуть, наприклад, тромбоз, артеріальний спазм або перенапруження серця. Це одна з найпоширеніших причин смерті на Землі поряд з онкологічними захворюваннями.

Щоб налагодити кровообіг в серці, крім призначення ліків, лікарі роблять операції, що дозволяють звільняти «заблоковані» судини (вони можуть бути звужені, наприклад, через холестеринових бляшок). При цьому в посудину вставляють розширюють конструкції - стенти, або видаляють заважають згустки. Вчені вирішили поглянути на лікування з іншого боку - кисень міг би вироблятися безпосередньо в серце, і оперативного втручання можна було б уникнути.

Спочатку вони намагалися працювати з рослинами - шпинатом і кормової капустою (поширену в Америці в якості символу і еталона здорового харчування «kale»). З них виділяли органели, відповідальні за вироблення кисню - хлоропласти, і намагалися використовувати їх в якості окремих функціональних одиниць. Цей експеримент, однак, не увінчався успіхом, хлоропласти без клітин ефективно працювати не могли. Тоді дослідники вирішили перейти до фотосинтезуючим бактеріям.

Бактерії Synechococcus elongatus здатні перетворювати вуглекислий газ в кисень під дією світла, так, як це роблять рослини, при цьому з точки зору розмірів і будови вони самі представляють собою щось на зразок окремих хлоропластів (вважається, що хлоропласти колись давно були свободноживущими бактеріями, а потім перейшли на симбиотическое існування). Поселивши їх в чашку Петрі поруч з серцевими клітинами щури, вчені переконалися, що на світлі бактерії виділяють кисень, який успішно використовується їхніми сусідами. Бактерії здатні були жити в фізіологічних умовах, необхідних серцевим клітинам, а тим, у свою чергу, не заважало, а допомагало їх присутність.

Після цього культуру цих бактерій вводили в серці щурам. Деякі судини цих щурів штучно блокували, викликаючи у щурів серцевий напад. Коли ділянки міокарда починали омертвійте, щурів висвітлювали яскравим світлом. Бактерії починали виділяти кисень, який ефективно використовувався навколишніми тканинами. Рівень кисню в них підвищувався в 25 разів, і серцева діяльність щурів поліпшувалася. Такі щури довше виживали, і їхні серця краще і могутніше скорочувалися в порівнянні з контрольною вибіркою, яку тримали в темряві. Після блокування судин температура серцевих тканин всіх щурів спочатку падала, але у щурів з бактеріальною культурою вже через двадцять хвилин вона підвищувалася назад, що свідчило про ефективне перебігу внутрішніх метаболічних процесів.

Ефект поліпшення серцевої діяльності зберігався навіть через чотири тижні після початку експерименту. Окремо вчені відзначають, що вже через добу після штучного нападу рівень тропоніну (біомаркери серцевих захворювань) у щурів, серцеві бактерії яких піддавалися прямому висвітлення, істотно знижувався.

Імунна система щурів не відкидається бактерій, однак треба враховувати, що у людей цей процес може стати перешкодою подібної терапії. Позитивним моментом є те, що імунною відповіддю, навпаки, можна скористатися - і бактерії можна було б вводити не безпосередньо в серце, а в будь-яку посудину. Для цього їх треба забезпечити відповідними антитілами, мішенню яких є серцеві клітини. Іншою проблемою є освітлення - потрібно «пробивати» світлом грудну клітку людини, щоб досягти потрібного ефекту без хірургічного втручання.

У разі успіху така терапія могла б допомагати якщо не уникати серцевих нападів то, по крайней мере, відсувати їх, даючи більше часу на лікування. Наступним етапом роботи вчених буде генетична модифікація бактерій з метою підвищення ефективності вироблення ними кисню, а також досліди з більш великими тваринами - вівцями і свинями.

А про те, як збираються застосовувати для лікування наслідків кисневої недостатності галюциноген ДМТ, можна почитати тут .

Анна Казнадзей