Badania dotyczące potencjalnych możliwości adaptacji ludzkiego organizmu do niskich temperatur prowadzi dr hab. Wojciech Pokrzywa, kierownik Laboratorium Metabolizmu Białek z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej (MIBMIK) w Warszawie.

Dla organizmów zimno stanowi czynnik stresogenny, ograniczając ich wzrost i potencjalnie zagrażając egzystencji. Prostym przykładem tego zjawiska może być domowa lodówka – niskie temperatury panujące w jej wnętrzu efektywnie hamują rozwój mikroorganizmów w przechowywanej żywności, co przyczynia się do zachowania jej świeżości - przypomina Instytut w prasowym komunikacie.

Dobre zimno

Jednak z drugiej strony chłodzenie jest szeroko stosowane w przechowywaniu narządów do przeszczepów. Hipotermia terapeutyczna pomaga zachować funkcje kluczowych narządów, takich jak mózg w leczeniu udaru.

Reakcje komórkowe na zimno są również interesujące dla badań nad długowiecznością, ponieważ zarówno zwierzęta zmienno-, jak i stałocieplne żyją dłużej w niższych temperaturach. Dlatego też zrozumienie molekularnych podstaw odporności na zimno może potencjalnie zmienić kilka obszarów medycyny.

Chociaż hibernacja kojarzy się przede wszystkim z niektórymi ssakami, jak niedźwiedzie czy świstaki, to cennych informacji na temat sposobów radzenia sobie z zimnem przez bardziej złożone organizmy może dostarczyć badanie prostych organizmów, takich jak nicienie C. elegans. Badaniami właśnie takich organizmów zajmuje się dr hab. Wojciech Pokrzywa. Kolejne jego badania dotyczące zachowania nicieni w niskich temperaturach otrzymały grant Narodowego Centrum Nauki w konkursie PRELUDIUM Bis 5.

Hibernacja nicieni, czyli jak przetrwać szok zimna?

"W laboratoriach C. elegans są zwykle hodowane w temperaturze 20-25 st. C, a umiarkowany spadek temperatury spowalnia ich funkcje życiowe. Wystawienie nicieni na działanie temperatury 2-4 st. C, po przeniesieniu ich bezpośrednio z temperatury 20-25 st. C (co nazywamy "szokiem zimna"), powoduje śmierć większości zwierząt w ciągu 1 dnia od ponownego ogrzania" - opisuje Nauce w Polsce dr hab. Pokrzywa.

Jednak śmiertelnym skutkom szoku zimna można zapobiec, gdy zwierzęta są najpierw poddawane przejściowej "aklimatyzacji do zimna" w temperaturze 10-15 st. C.

"Tak przystosowane do zimna nicienie mogą przetrwać w temperaturach bliskich zeru przez wiele dni. W niskich temperaturach przestają się starzeć, co sugeruje, że wchodzą w stan podobny do hibernacji" - mówi badacz.

Maszyneria komórkowa mikroskopijnego świata

Badacz wraz ze swoim zespołem w najnowszych badaniach skupia się na roli specyficznych białek z grupy fosfataz PAA-1 i VHP-1, które są kluczowe dla reakcji komórkowych na niskie temperatury.

"Pierwsze wyniki wskazują na kluczową funkcję PAA-1 w regulowaniu niektórych białek w początkowej fazie adaptacji do zimna. VHP-1 natomiast aktywuje się w fazie regeneracji po zimnie. Razem fosfatazy te pomagają nicieniom przystosować się do zimna i zregenerować się w wyniku działania złożonej sieci regulacji komórkowej" – wyjaśnia naukowiec.

Zarówno PAA-1, jak i VHP-1 są ewolucyjnie zachowane, co oznacza, że mają swoje odpowiedniki u ludzi. Odkrycie molekularnych mechanizmów ich działania może rzucać światło na ludzkie procesy adaptacyjne w obliczu niskich temperatur. To z kolei może otworzyć nowe możliwości w medycynie, na przykład w zapobieganiu i leczeniu urazów mięśnia sercowego.

"Nasz projekt stanowi ekscytującą podróż do mikroskopijnego świata w celu odkrycia sposobów działania maszynerii komórkowej podczas zimna. Badając specyficzne role fosfataz PAA-1 i VHP-1 u C. elegans, nie tylko zamierzamy odkryć sekrety adaptacji do zimna, ale także otworzymy drzwi do nowych możliwości w medycynie i biologii" – zaznacza dr. hab. Wojciech Pokrzywa.

Jak ocenia, zaplanowane badania są doskonałym przykładem tego, jak zagłębianie się w strategie przetrwania małych organizmów może prowadzić do szerszych spostrzeżeń, które pewnego dnia mogą mieć znaczący wpływ na zdrowie ludzi.

To niejedyne badania, które nad zachowaniem nicieni w zimnie prowadził badacz. W 2023 roku prowadzone przez niego badania wykazały, że floksurydyna (FUdR), lek zazwyczaj stosowany w terapii antynowotworowej może wspierać adaptację nicieni do zimna. 

Jeszcze wcześniej w 2022 roku badania jego zespołu prowadzone pod kierownictwem prof. Rafała Cioska z Uniwersytetu w Oslo pozwoliły zgłębić rolę mechanizmu obronnego, który wykorzystują nicienie, by przetrwać w niskich temperaturach. Wykorzystują do tego celu specyficzne przeciwutleniacze, które chronią komórki przed zimnem zmniejszając poziom szkodliwych reaktywnych form tlenu oraz wolnego żelaza, które organizm gromadzi wskutek zimna.

W lutym zespół z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej pod kierunkiem dr. hab. Pokrzywy otrzymał nagrodę Ministra Nauki za znaczące osiągnięcia naukowe, które otwierają nowe horyzonty w zrozumieniu procesów komórkowych, kluczowych dla naszego zdrowia.

Nauka w Polsce, Ewelina Krajczyńska-Wujec

ekr/ zan/