Pelajaran dari Beruang Grizzly yang Ototnya Tidak Kaku Setelah Hibernasi

Pelajaran dari Beruang Grizzly yang Ototnya Tidak Kaku Setelah Hibernasi

SHNet, Jakarta – Beruang Grizzly menghabiskan berbulan-bulan dalam hibernasi, tetapi otot-otot mereka tidak menderita karena kurangnya gerakan. Dalam jurnal Scientific Reports, sebuah tim yang dipimpin oleh Michael Gotthardt melaporkan bagaimana mereka bisa melakukan hal ini. Strategi beruang grizzly ini dapat membantu mencegah atrofi otot pada manusia juga.

Dilansir Science Daily, seekor beruang grizzly hanya tahu tiga musim selama tahun ini. Waktu aktivitasnya dimulai antara Maret dan Mei. Sekitar bulan September beruang mulai memakan makanan dalam jumlah besar. Dan kadang-kadang antara November dan Januari, jatuh ke hibernasi.

Dari sudut pandang fisiologis, ini adalah waktu yang paling aneh dari semuanya. Metabolisme dan detak jantung beruang turun dengan cepat. Itu tidak mengeluarkan urin atau feses. Jumlah nitrogen dalam darah meningkat secara drastis dan beruang menjadi resisten terhadap hormon insulin.

Seseorang sulit bertahan di fase empat bulan ini dalam keadaan sehat. Setelah itu, ia kemungkinan besar harus mengatasi trombosis atau perubahan psikologis. Di atas semua itu, otot-otot akan menderita karena tidak digunakan dalam waktu lama. Siapa pun yang pernah memiliki lengan atau kaki dalam gips selama beberapa minggu atau harus berbaring di tempat tidur untuk waktu yang lama karena penyakit mungkin telah mengalami hal ini.

Sedikit lamban, tetapi baik-baik saja

Tidak demikian beruang grizzly. Di musim semi, beruang bangun dari hibernasi, mungkin masih agak lambat pada awalnya, tetapi sebaliknya baik-baik saja. Banyak ilmuwan telah lama tertarik pada strategi beruang untuk beradaptasi dengan tiga musimnya.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Profesor Michael Gotthardt, kepala kelompok Neuromuskuler dan Kardiovaskular Sel Biologi di Max Delbrueck Center untuk Kedokteran Molekuler (MDC) di Berlin, kini telah menyelidiki bagaimana otot-otot beruang mengatur untuk bertahan hidup hibernasi tanpa cedera. Para ilmuwan dari Berlin, Greifswald dan Amerika Serikat secara khusus tertarik pada pertanyaan tentang gen mana di sel otot beruang yang ditranskripsi dan diubah menjadi protein, dan apa pengaruhnya terhadap sel.

Memahami dan meniru trik alam

“Atrofi otot adalah masalah nyata manusia yang terjadi dalam banyak keadaan. Kami masih belum pandai mencegahnya,” kata pemimpin penulis penelitian ini, Dr. Douaa Mugahid, yang pernah menjadi anggota kelompok riset Gotthardt dan sekarang menjadi peneliti pascadoktoral di laboratorium Profesor Marc Kirschner dari Departemen Biologi Sistem di Harvard Medical School di Boston.

“Bagi saya, keindahan pekerjaan kami adalah mempelajari bagaimana alam telah menyempurnakan cara mempertahankan fungsi otot di bawah kondisi hibernasi yang sulit,” kata Mugahid. “Jika kita dapat lebih memahami strategi ini, kita akan dapat mengembangkan metode baru dan non-intuitif untuk mencegah dan mengobati atrofi otot pada pasien dengan lebih baik.”

Sequencing gen dan spektrometri massa

Untuk memahami trik beruang, tim yang dipimpin oleh Mugahid dan Gotthardt memeriksa sampel otot dari beruang grizzly selama dan di antara waktu hibernasi, yang mereka terima dari Washington State University. “Dengan menggabungkan teknik sequencing mutakhir dengan spektrometri massa, kami ingin menentukan gen dan protein mana yang diregulasi atau dimatikan baik selama dan di antara waktu hibernasi,” jelas Gotthardt.

“Tugas ini terbukti rumit – karena genom lengkap atau proteom, yaitu totalitas semua protein beruang grizzly, tidak diketahui,” kata ilmuwan MDC. Pada langkah selanjutnya, ia dan timnya membandingkan temuan dengan pengamatan manusia, tikus, dan cacing nematoda.

Asam amino non-esensial memungkinkan sel-sel otot untuk tumbuh

Seperti yang dilaporkan para peneliti dalam jurnal “Scientific Reports,” mereka menemukan protein dalam percobaan mereka yang sangat mempengaruhi metabolisme asam amino beruang selama hibernasi. Akibatnya, sel-sel ototnya mengandung jumlah asam amino non-esensial tertentu yang lebih tinggi.

“Dalam percobaan dengan sel otot manusia dan tikus yang terisolasi yang menunjukkan atrofi otot, pertumbuhan sel juga dapat dirangsang oleh NEAAs,” kata Gotthardt, menambahkan bahwa “diketahui, bagaimanapun, dari studi klinis sebelumnya bahwa pemberian asam amino dalam bentuk pil atau bubuk tidak cukup untuk mencegah atrofi otot pada orang tua atau orang yang terbaring di tempat tidur. ”

“Jelas, penting bagi otot untuk memproduksi asam-asam amino itu sendiri – jika tidak, asam-asam amino mungkin tidak mencapai tempat-tempat di mana mereka dibutuhkan,” berspekulasi ilmuwan MDC. Titik awal terapeutik, katanya, bisa menjadi upaya untuk mendorong otot manusia untuk menghasilkan NEAA itu sendiri dengan mengaktifkan jalur metabolisme yang sesuai dengan agen yang sesuai selama periode istirahat yang lebih lama.

Sampel jaringan dari pasien yang terbaring di tempat tidur

Untuk mengetahui jalur pensinyalan mana yang perlu diaktifkan di otot, Gotthardt dan timnya membandingkan aktivitas gen pada beruang grizzly, manusia dan tikus. Data yang diperlukan berasal dari pasien lanjut usia atau terbaring di tempat tidur dan dari tikus yang menderita atrofi otot – misalnya, sebagai akibat dari berkurangnya pergerakan setelah pemberian gips. “Kami ingin mencari tahu gen mana yang diatur secara berbeda antara hewan yang hibernasi dan yang tidak,” jelas Gotthardt.

Namun, para ilmuwan menemukan serangkaian gen seperti itu. Untuk mempersempit kandidat yang mungkin bisa menjadi titik awal untuk terapi atrofi otot, tim kemudian melakukan percobaan dengan cacing nematoda. “Pada cacing, masing-masing gen dapat dinonaktifkan dengan relatif mudah dan seseorang dapat dengan cepat melihat efeknya pada pertumbuhan otot,” jelas Gotthardt.

Gen untuk ritme sirkadian

Dengan bantuan percobaan ini, timnya sekarang telah menemukan beberapa gen yang pengaruhnya mereka harapkan untuk menyelidiki lebih lanjut dalam percobaan masa depan dengan tikus. Ini termasuk gen Pdk4 dan Serpinf1, yang terlibat dalam metabolisme glukosa dan asam amino, dan gen Rora, yang berkontribusi pada pengembangan ritme sirkadian. “Kami sekarang akan memeriksa efek menonaktifkan gen-gen ini,” kata Gotthardt. “Bagaimanapun, mereka hanya cocok sebagai target terapi jika ada efek samping yang terbatas atau tidak sama sekali.” (Ina)