الناس في جميع أنحاء العالم يأكلون الكثير من السكر. عندما يكون الجسم غير قادر على معالجة السكر بشكل فعال، مما يؤدي إلى زيادة نسبة الجلوكوز في الدم، يمكن أن يؤدي ذلك إلى الإصابة بمرض السكري. ووفقا لمنظمة الصحة العالمية، أصبح مرض السكري السبب الرئيسي التاسع للوفاة في عام 2019.
البشر ليسوا الثدييات الوحيدة التي تحب السكر. تتناول خفافيش الفاكهة أيضًا ما يصل إلى ضعف وزن جسمها من الفاكهة السكرية يوميًا. ومع ذلك، على عكس البشر، تتغذى خفافيش الفاكهة على نظام غذائي غني بالسكر. يمكنهم خفض نسبة السكر في الدم بشكل أسرع من الخفافيش التي تعتمد على الحشرات كمصدر رئيسي لغذائها.
نحن فريق من علماء الأحياء والمهندسين الحيويين. إن تحديد كيفية تطور خفافيش الفاكهة لتتخصص في اتباع نظام غذائي عالي السكر دفعنا إلى السعي للتعامل مع علاج مرض السكري من زاوية غير عادية – وهي الزاوية التي أرسلتنا إلى لاماني، بليز، للمشاركة في بليز بات-اثون، وهو حدث سنوي. تجمع حيث يجمع الباحثون الخفافيش ويدرسونها.
في بحثنا المنشور حديثًا في Nature Communications، استخدمنا نحن وزملائي Seungbyn Baek وMartin Hemberg تقنية تحلل الحمض النووي للخلايا الفردية لمقارنة التعليمات الأيضية الفريدة المشفرة في جينوم خفاش الفاكهة الجامايكي. أرتيبيوس جامايسينسيس، مع تلك الموجودة في جينوم الخفاش البني الكبير الآكل للحشرات، إبتيسيكوس فوسكوس.
يتكون ما يقرب من 2% من الحمض النووي من الجينات، وهي عبارة عن أجزاء من الحمض النووي تحتوي على التعليمات التي تستخدمها الخلايا لإنشاء سمات معينة، مثل اللسان الأطول في خفافيش الفاكهة. أما الـ 98% الأخرى فهي عبارة عن أجزاء من الحمض النووي التي تنظم الجينات وتحدد وجود وغياب السمات التي تشفرها.
لفهم كيف تطورت خفافيش الفاكهة لتستهلك الكثير من السكر، أردنا تحديد الاختلافات الجينية والخلوية بين الخفافيش التي تأكل الفاكهة والخفافيش التي تأكل الحشرات. وعلى وجه التحديد، نظرنا إلى الجينات والحمض النووي التنظيمي وأنواع الخلايا في عضوين مهمين متورطين في الأمراض الأيضية: البنكرياس والكلية.
ينظم البنكرياس نسبة السكر في الدم والشهية عن طريق إفراز الهرمونات مثل الأنسولين، الذي يخفض نسبة السكر في الدم، والجلوكاجون، الذي يرفع نسبة السكر في الدم. لقد وجدنا أن خفافيش الفاكهة الجامايكية لديها خلايا منتجة للأنسولين والجلوكاجون أكثر من الخفافيش البنية الكبيرة، إلى جانب الحمض النووي التنظيمي الذي يهيئ خلايا البنكرياس لخفافيش الفاكهة لبدء إنتاج الأنسولين والجلوكاجون. يعمل هذان الهرمونان معًا على الحفاظ على توازن مستويات السكر في الدم حتى عندما تتناول خفافيش الفاكهة كميات كبيرة من السكر.
تقوم الكلى بتصفية النفايات الأيضية من الدم، وتحافظ على توازن الماء والملح وتنظم ضغط الدم. تحتاج كلى خفافيش الفاكهة إلى أن تكون مجهزة لإزالة الكميات الكبيرة من الماء التي تأتي من الفاكهة من مجرى الدم مع الاحتفاظ بالكميات المنخفضة من الملح في الفاكهة. لقد وجدنا أن خفافيش الفاكهة الجامايكية قامت بتعديل تركيب خلايا الكلى لديها بما يتوافق مع نظامها الغذائي، مما أدى إلى تقليل عدد الخلايا المركزة في البول بحيث يكون بولها مخففًا بالماء أكثر مقارنة بالخفافيش البنية الكبيرة.
لماذا يهم
يعد مرض السكري أحد أغلى الحالات المزمنة في العالم. أنفقت الولايات المتحدة 412.9 مليار دولار أمريكي في عام 2022 على التكاليف الطبية المباشرة والتكاليف غير المباشرة المتعلقة بمرض السكري.
تعتمد معظم طرق تطوير علاجات جديدة لمرض السكري على حيوانات المختبر التقليدية مثل الفئران لأنه من السهل تكاثرها ودراستها في المختبر. لكن خارج المختبر، توجد ثدييات مثل خفافيش الفاكهة التي تطورت بالفعل لتحمل كميات عالية من السكر. إن معرفة كيفية تعامل هذه الثدييات مع كميات السكر العالية يمكن أن يساعد الباحثين على تحديد طرق جديدة لعلاج مرض السكري.
من خلال تطبيق تقنيات جديدة لتوصيف الخلايا على هذه الكائنات غير النموذجية، أو الكائنات الحية التي لا يستخدمها الباحثون عادة للبحث في المختبر، نظهر نحن ومجموعة متزايدة من الباحثين أنه يمكن الاستفادة من الطبيعة لتطوير أساليب علاجية جديدة للأمراض.
ما لا يزال غير معروف
في حين كشفت دراستنا عن العديد من الأهداف العلاجية المحتملة لمرض السكري، إلا أنه لا يزال هناك حاجة إلى إجراء المزيد من الأبحاث لإثبات ما إذا كانت تسلسلات الحمض النووي لخفافيش الفاكهة لدينا يمكن أن تساعد في فهم مرض السكري أو إدارته أو علاجه لدى البشر.
بعض النتائج التي توصلنا إليها بشأن خفافيش الفاكهة قد لا تكون ذات صلة بعملية التمثيل الغذائي أو أنها خاصة فقط بخفافيش الفاكهة الجامايكية. هناك ما يقرب من 200 نوع من خفافيش الفاكهة. إن دراسة المزيد من الخفافيش ستساعد الباحثين على توضيح تسلسلات الحمض النووي لخفافيش الفاكهة ذات الصلة بعلاج مرض السكري.
ركزت دراستنا أيضًا على البنكرياس والكلى في الخفافيش فقط. إن تحليل الأعضاء الأخرى المشاركة في عملية التمثيل الغذائي، مثل الكبد والأمعاء الدقيقة، سيساعد الباحثين على فهم عملية التمثيل الغذائي لخفافيش الفاكهة بشكل أكثر شمولاً وتصميم العلاجات المناسبة.
ماذا بعد
يقوم فريقنا الآن باختبار تسلسل الحمض النووي التنظيمي الذي يسمح لخفافيش الفاكهة بتناول الكثير من السكر والتحقق مما إذا كان بإمكاننا استخدامها لتنظيم كيفية استجابة الناس للجلوكوز بشكل أفضل.
نحن نقوم بذلك عن طريق مبادلة تسلسلات الحمض النووي التنظيمية في الفئران مع تلك الموجودة في خفافيش الفاكهة واختبار آثارها على مدى إدارة هذه الفئران لمستويات الجلوكوز لديها.
موجز البحث عبارة عن نبذة قصيرة عن العمل الأكاديمي المثير للاهتمام.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.
كتب بواسطة: وي جوردون، كلية مينلو ونداف أحيتوف، جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو.
اقرأ أكثر:
وي جوردون يتلقى التمويل من NSF.
ناداف أهيتوف هو أحد مؤسسي وعضو في المجلس الاستشاري العلمي لشركة Regel Therapeutics، وقد حصل أيضًا على تمويل من BioMarin Pharmaceutical Incorporate. تم دعم تمويل هذا البحث من خلال منحة المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري R01HG012396.