Jantung adalah kerja keras manusia yang mengejutkan. Dengan setiap minit berlalu, hati manusia mengalir lebih dari satu galon darah yang membakar seluruh tubuh dengan oksigen dan nutrien. Dalam jangka hayat purata manusia, jantung akan menewaskan lebih daripada tiga bilion kali, mengepam darah yang cukup untuk mengisi beberapa 1, 200 kolam bersaiz Olimpik.
Bagaimanapun, selepas bertahun-tahun bekerja keras, otot cenderung memakai nipis. Seperti elastik yang teratur, jantung akhirnya kehilangan daya tahannya, dengan semakin meningkatkan risiko kegagalan jantung.
Hari ini, para saintis dari University of California, San Diego melaporkan bahawa lalat buah yang direka bentuk untuk mengekalkan paras protein protein yang tinggi untuk menampung jangka hayat yang lebih panjang. Penemuan mereka adalah yang pertama untuk mengikat pengubahsuaian struktur dalam tisu otot kepada akibat metabolik yang akhirnya menjejaskan umur panjang.
Walaupun sel-sel jantung tidak mempunyai kapasiti regeneratif organ-organ lain seperti hati, jantung datang dengan kit pembaikan komprehensif. Hati manusia boleh mengenakan bayaran selama beberapa dekad melebihi jaminan yang dijangkakan, menggunakan kaedah cadangan untuk membaikpulih dan mengubah struktur lama walaupun sel-sel mula kehilangan bentuknya. Apabila integriti struktur jantung dikompromi, sekumpulan protein cepat menyapu untuk memperbaiki keretakan di asas.
Salah satu alat yang paling berkuasa di pelupusan jantung ialah vinculin-protein yang serupa dengan gam super sel. Sebagai sel-sel di dinding zaman jantung, mereka mula bertolak dari satu sama lain dan mati, menjadikannya lebih sukar bagi jantung untuk melaksanakan setiap perit ritmik. Vinculin menambat sel-sel ke satu sama lain dan ke dalam matriks di sekeliling yang membolehkan jantung berkomunikasi dengan persekitaran luar. Protein ini menjadi semakin diperlukan selepas beberapa dekad tekanan pada otot, dan peningkatan pengeluaran dalam jantung dengan usia, membolehkan sel-sel membetulkan keretakan pada tisu tua. Kedua-dua tikus dan pesakit manusia dengan salinan patah gen vinculin berada pada risiko kegagalan jantung yang sangat tinggi di kemudian hari.
Walau bagaimanapun, pengubahsuaian hanya berlaku setakat ini: Dalam sesetengah keadaan, keadaan kerosakan mengatasi kekuatan pembaikan vinculin, dan jantung boleh gagal. Dan sebagai purata jangka hayat purata dunia bertambah, begitu juga dengan masalah komplikasi jantung orang tua. Menjelang 2030, seperempat orang Amerika akan berumur 65 tahun ke atas. Untuk terus menghalang serangan penyakit jantung pada generasi yang lebih tua, perkembangan teknologi mesti mempercepatkan untuk bersaing dengan penduduk manusia.
Untuk mengkaji persimpangan fungsi jantung dan panjang umur, bioengineers Ayla Sessions dan Adam Engler memutuskan untuk memanfaatkan alat evolusi yang telah disediakan dengan mendorong keupayaan penyembuhan jantung ke hadnya.
Tiga tahun yang lalu, kumpulan pengarang senior Adam Engler menunjukkan betapa pentingnya vinculin dalam menjaga hati haiwan mengepam di usia tua. Selepas menunjukkan bahawa hati-hati tikus dan primat bukan manusia menghasilkan lebih banyak vinculin, mereka tertanya-tanya tentang akibat meredakan vinculin atau mengeluarkannya sepenuhnya.
Untuk menghindari perangkap yang mahal dan memakan masa mengamalkan tikus atau monyet secara genetik, para penyelidik memodelkan eksperimen mereka dalam lalat buah. Dengan jangka hayat selama lebih kurang sebulan, serangga ini boleh pergi dari remaja ke geriatric dalam masa beberapa minggu. Dan sementara kita cenderung melihat serangga sebagai perosak asing, manusia dan lalat sebenarnya mempunyai banyak persamaan. Buah-buahan terbang organ berkongsi jumlah yang mengejutkan persamaan struktur dengan mamalia seperti tikus dan primata, dan lebih daripada 80 peratus daripada gen yang mengandungi arahan untuk membina jantung terbang dicerminkan pada orang-orang.
"Buah lalat buah adalah sama seperti struktur sel manusia, " jelas Engler. "Tetapi fisiologi mereka begitu mudah. Ia menjadikan mereka ideal untuk belajar. "
Dan, seperti pada manusia, hati lalat lama cenderung gagal.
Dalam karya asalnya, Engler dan pasukannya membiak satu lalat lalat untuk menimbulkan pengeluaran vinculin menjadi tenggelam dalam tisu jantung. Seperti yang dijangkakan, hati diperkuat dengan lebih banyak vinculin tetap kuat walaupun sebagai lalat berumur, meniru kecekapan mengepam tisu yang sihat.
Kepada kejutan Engler, mengatasi vinculin tambahan di dalam hati juga mencipta "superflies" dengan panjang umur yang dipertingkatkan, kadang-kadang lebih daripada dua kali ganda jangka hayat terbang. Tetapi walaupun ini menyokong idea bahawa vinculin adalah kritikal untuk tisu jantung, penyelidik tidak memahami bagaimana atau mengapa ini membantu lalat hidup lebih lama.
Dalam usaha untuk menyelesaikan misteri ini, pengarang utama Ayla Sessions memantau kesihatan dan panjang umur ketegangan superflies yang sama dari beberapa sudut yang berbeza. Sekali lagi, superflies telah hidup lebih lama daripada rakan-rakan biasa mereka-tetapi Sesi tambahan mendapati bahawa mereka juga mempamerkan keupayaan atletik yang unggul, menggunakan kuasa baru mereka untuk melangkah di lantai dan skala besar dinding.
Lebih-lebih lagi, seperti atlet manusia, superflies lebih cekap menggunakan oksigen dan gula untuk menggerakkan pergerakan mereka. Apabila Sesi memakan lalat sebagai glukosa berlabel, dia melihat bahawa gula dari makanan lalat sedang disalurkan ke laluan yang cekap hyper yang menghasilkan bahan bakar tambahan untuk sel. Sebenarnya, superflies ini kelihatan seperti lalat lalat dari kerja-kerja yang lalu dari kumpulan lain-kecuali lalat-lalat itu telah menjalani pengubahsuaian gaya hidup (seperti sekatan kalori), bukan genetik. Entah bagaimana, walaupun gam struktural tambahan vinculin diturunkan kepada bahagian tertentu badan, perubahan ini mempunyai kesan yang kuat dan meluas terhadap kesihatan keseluruhan.
"Daripada berjuta-juta sel [dengan cepat], hanya 102 sel [di jantung] akhirnya mewujudkan kesan sistemik ini, " kata Engler. "Dan itu cukup mengejutkan kita."
Ini adalah kali pertama penyelidik mengaitkan perubahan dalam sel-sel mekanik ke metabolisme, dan boleh memberi gambaran tentang bagaimana jantung yang kuat mengekalkan metabolisme yang sihat. Sesi dan Engler berteori bahawa peningkatan kekuatan jantung superfly adalah apa yang membuat semua perbezaan. Dengan lebih banyak vinculin untuk membungkusnya bersama-sama, sel-sel bahkan jantung yang lebih tua memerlukan bahan api yang kurang untuk kontrak secara efisien-bermakna jantung secara keseluruhan lebih baik menggunakan tenaga. Ini bukan sahaja membebaskan gula untuk tisu-tisu lain, tetapi juga melengkapi jantung untuk mengedarkan bahan api yang lebih baik ke seluruh tubuh. Dan voila: stamina superfly.
"[Adalah baik untuk] memberi tumpuan kepada hidup lebih lama, tetapi jika kualiti hidup miskin, tidak ada manfaat untuk itu, " kata Sesi. "Bukan sahaja kita meningkatkan umur, tetapi kita meningkatkan metabolisme dan penggunaan tenaga kemudian dalam kehidupan."
Oleh kerana profil pengilang yang menghasilkan vinculin sangat mirip dengan, kata, lalat kalori yang terhad, Engler merasakan bahawa kerja-kerja ini sangat menguatkan penemuan kajian panjang umur yang lain. "Anda mengorak langkah yang sama, hanya melalui mekanisme yang berbeza-tetapi mereka mencapai hujung yang sama, " jelasnya.
"Mengabaikan peranan sistem peredaran darah dalam metabolisme adalah satu aspek yang sedikit, " tambah Sesi. "Metabolisme dan fungsi jantung berjalan seiring."
Pada masa akan datang kerja, pasukan Engler merancang untuk terus menghancurkan hubungan antara struktur tisu dan metabolisme, sedar fakta bahawa maklumat ini pada suatu hari akan menyumbang kepada sintesis ubat-ubatan yang mempromosikan panjang umur-sebahagiannya mungkin menargetkan protein seperti vinculin.
Kristine DeLeon-Pennell, seorang profesor kardiovaskular di Universiti Perubatan South Carolina yang tidak bergabung dengan kajian itu, memuji kerja untuk membuka pintu baru dalam konteks klinikal masa depan. "Dengan sindrom metabolik pada peningkatan pesakit jantung, sangat menarik bahawa vinculin boleh menjadi pautan kepada apa yang sebenarnya kita lihat di klinik, " katanya, sambil menambah bahawa ini dapat melengkapkan doktor untuk memantau pesakit yang lebih tua dengan tahap rendah vinculin.
Tetapi Engler memberi amaran bahawa banyak kerja masih perlu dilakukan: Kami jauh dari memanfaatkan vinculin dalam hati manusia. "Kami tidak mencadangkan bahawa ada pil yang boleh anda ambil, atau anda perlu mula mengubah diet anda supaya anda mengekalkan metabolisme anda lebih lama, " jelasnya. "Dan ini bukanlah mata air muda."
DeLeon-Pennell juga menekankan bahawa kerja harus disahkan dalam organisma yang lebih kompleks seperti mamalia sebelum penyelidikan dapat berkembang.
Buat masa ini, masih terdapat berita baik: Lalat boleh dibiakkan untuk hidup lebih lama.
Berita buruk? Lalat boleh dibiakkan untuk hidup lebih lama.
