Hjertet er en forbløffende arbejdshest af et organ. Med hvert minut, der kæmper, klynges det menneskelige hjerte ud over en gallon blod, der brænder resten af kroppen med ilt og næringsstoffer. I en gennemsnitlig persons levetid vil hjertet slå mere end tre milliarder gange og pumpe nok blod til at fylde nogle 1.200 puljer i olympisk størrelse.
Efter mange års hårdt arbejde, har musklerne dog en tendens til at bære tynd. Som en overdreven elastik mister hjertet i sidste ende sin modstandsdygtighed og øger støt risikoen for hjertesvigt.
I dag rapporterer forskere fra University of California, San Diego, at frugtfluer konstrueret til at opretholde høje niveauer af et hjerteomdannende protein nyder en meget længere levetid. Deres fund er de første, der binder strukturelle ændringer i muskelvæv til metaboliske konsekvenser, der i sidste ende påvirker levetiden.
Mens hjerteceller ikke har den regenererende kapacitet af andre organer som leveren, leveres hjertet med et omfattende reparationssæt. Et menneskeligt hjerte kan oplade i årtier ud over det forventede garanti ved at anvende et væld af backup-metoder til at renovere og ombygge gamle strukturer, selv når celler begynder at miste sin form. Når et hjertes strukturelle integritet kompromitteres, fejer en pakke proteiner hurtigt ind for at reparere revnerne i fundamentet.
Et af de mest kraftfulde værktøjer, der er til rådighed for hjertet, er vinculin - et protein svarende til superlimen i celler. Som celler i hjertet i væggen begynder de at flisse væk fra hinanden og dør, hvilket gør det vanskeligere for hjertet at udføre hver rytmisk klemme. Vinculin forankrer celler til hinanden og i den omgivende matrix, der giver hjertet mulighed for at kommunikere med det ydre miljø. Dette protein bliver mere og mere nødvendigt efter årtier med stress på musklerne, og produktionen stiger i hjertet med alderen, hvilket tillader celler at plastrere rift i ældet væv. Både gnavere og humane patienter med ødelagte kopier af vinculingenet har en særlig høj risiko for hjertesvigt senere i livet.
I sidste ende går remodelleringen imidlertid kun så langt: I nogle overvælder tilstanden af forringelse endda vinculins renoveringskraft, og hjertet kan svigte. Og når den globale gennemsnitlige forventede levealder stiger, er der også bekymringer for hjertekomplikationer hos ældre. I 2030 vil en fjerdedel af amerikanere være over 65 år. For at fortsætte med at forhindre indtræden af hjertesygdomme i en ældre generation, skal udviklingen af teknologi accelerere for at holde trit med den menneskelige befolkning.
For at studere krydset mellem hjertefunktion og levetid besluttede bioingeniører Ayla Sessions og Adam Engler at udnytte værktøjerne, som udviklingen allerede har givet ved at skubbe hjertets helingsevne til dets grænser.
For tre år siden demonstrerede seniorforfatter Adam Englers gruppe vigtigheden af vinculin i at holde dyrehjerter pumpende i alderdommen. Efter at have vist, at de alderen hjerter hos mus og ikke-humane primater fremstiller mere vinculin, spekulerede de på konsekvenserne af at rampe op vinculin eller fjerne det helt.
For at omgå de dyre og tidskrævende faldgruber ved genetisk manipulerende gnavere eller aber modellerede forskerne deres eksperimenter i frugtfluer. Med en levetid på lidt over en måned kan disse insekter gå fra ung til geriatrisk på få uger. Og selvom vi har tendens til at se insekter som fremmede skadedyr, har mennesker og fluer faktisk meget til fælles. Frugtflueorganer deler en overraskende mængde strukturel lighed med pattedyr som mus og primater, og mere end 80 procent af generne, der indeholder instruktionerne om at opbygge et fluehjerte, spejles i mennesker.
”Frugtflughjerter er strukturelt ligner menneskelige celler, ” forklarer Engler. ”Men deres fysiologi er så enkel. Det gør dem ideelle til at studere. ”
Og ligesom hos mennesker har hjertet af gamle fluer en tendens til at mislykkes.
I deres originale arbejde avlede Engler og hans team en stamme af fluer for at sparke produktionen af vinculin i overdrive i hjertevæv. Som forventet forblev hjerter, der var forstærket med mere vinculin, stærke, selv når fluerne blev ældre, og efterlignede pumpens effektivitet for sundt væv.
Til Englers overraskelse skabte ekstra vinculin i hjertet også “superflies” med en bemærkelsesværdig forbedret levetid, sommetider mere end fordobler fluens levetid. Men selvom dette understøttede ideen om, at vinculin var kritisk for en tune-up af hjertevæv, forstod forskerne ikke, hvordan eller hvorfor dette hjalp fluerne med at leve længere.
I et forsøg på at løse mysteriet overvågede hovedforfatter Ayla Sessions sundheden og levetiden for den samme stamme superfluer fra flere forskellige vinkler. Endnu en gang overlevede superfluerne deres faste jævnaldrende - men Sessions fandt desuden, at de også udviste en overlegen atletisk evne ved hjælp af deres nyvundne kræfter til at køre over gulve og skalere betydelige vægge.
Hvad mere er, ligesom menneskelige atleter, var superfluerne mere effektive til at bruge ilt og sukker til at styrke deres bevægelser. Da sessioner fodrede fluerne med en mærket form for glukose, så hun, at sukker fra fluenes kost blev tragtet ind i hypereffektive stier, der fik ekstra brændstof til cellerne. Faktisk lignede disse superflies uhyggeligt som langvarige fluer af tidligere værker fra andre grupper - undtagen disse fluer havde gennemgået livsstilsændringer (som kaloribegrænsning), ikke genetiske. På en eller anden måde, selvom vinculins ekstra strukturelle lim kun blev henvist til en bestemt del af kroppen, havde denne ændring robuste og vidtrækkende konsekvenser for det generelle helbred.
”Ud af millioner af celler [i farten] ender kun 102 celler [i hjertet] med at skabe denne systemiske virkning, ” siger Engler. ”Og det var temmelig overraskende for os.”
Dette er første gang, at forskere forbinder ændringer i cellens mekanik til stofskiftet og kan give indsigt i, hvordan det at have et stærkt hjerte opretholder en sund metabolisme. Sessions og Engler teoretiserer, at den øgede styrke i superflyghjerte er det, der gør hele forskellen. Med mere vinculin til at bundte dem sammen, har cellerne i endnu et ældre hjerte brug for mindre brændstof til at samle sig effektivt - hvilket betyder, at hjertet som helhed er bedre til at udnytte energi. Dette frigør ikke kun sukker til andre væv, men udstyrer også hjertet til bedre at distribuere dette brændstof til resten af kroppen. Og voila: superflyve udholdenhed.
”[Det er godt at] fokusere på at leve længere, men hvis livskvaliteten er dårlig, er der ingen fordel ved det, ” siger Sessions. "Vi øger ikke kun levetiden, men vi øger stofskiftet og energiudnyttelsen senere i livet."
Fordi profilerne af vinculinproducerende fluer så tæt ligner dem fra, for eksempel, kaloribegrænsede fluer, føler Engler, at dette arbejde kraftigt bekræfter resultaterne af andre lang levetidsundersøgelser. ”Du finjusterer de samme veje bare gennem forskellige mekanismer - men de opnår de samme mål, ” forklarer han.
”At ignorere kredsløbssystemets rolle i stofskiftet er lidt ensidigt, ” tilføjer Sessions. "Metabolisme og hjertefunktion går hånd i hånd."
I det fremtidige arbejde planlægger Englers team at fortsætte med at udvide forbindelserne mellem vævsstruktur og stofskifte, idet de er opmærksomme på det faktum, at denne information en dag kan bidrage til syntesen af levetidsfremmende medikamenter - hvoraf nogle endda er målrettet mod proteiner som vinculin.
Kristine DeLeon-Pennell, professor i hjerte-kar-videnskab ved Medical University of South Carolina, som ikke var tilknyttet undersøgelsen, roser arbejdet for at åbne nye døre i fremtidige kliniske sammenhænge. ”Med metaboliske syndromer, der er stigende hos hjertepatienter, er det virkelig interessant, at vinculin kan være et link til det, vi faktisk ser i klinikken, ” siger hun og tilføjer, at dette kunne udruste læger til bedre at overvåge ældre patienter med lave niveauer af vinculin.
Men Engler advarer om, at der stadig skal gøres meget arbejde: Vi er langt fra at udnytte vinculin i menneskers hjerter. "Vi prøver ikke at antyde, at der er en pille, du kan tage, eller at du er nødt til at begynde at ændre din diæt, så du opretholder din stofskifte længere, " forklarer han. ”Og det er bestemt ikke ungdommens springvand.”
DeLeon-Pennell understreger også, at arbejdet bør bekræftes i mere komplekse organismer som pattedyr, inden forskningen kan gå videre.
For tiden er der stadig gode nyheder: Fluer kan avles for at leve længere.
Den dårlige nyhed? Fluer kan avles for at leve længere.
