A szentjánosbogarak rávilágítanak a mitokondriumok működésére

A mitokondriumok kicsit olyanok, mint a sejtek a sejtben. A membránjuk gazdaként védi a genetikai anyagot és mindenekelőtt szűrőket cserél a külső részekkel. A mitokondriumok belső és külső eleme közötti elektromos töltésbeli különbség, amelyet membránpotenciálnak neveznek, lehetővé teszi bizonyos molekulák átjutását, míg a többi mozdulatlanul marad.

A használt elektromos akkumulátor két pólusa között a mitokondriumok membránpotenciálja néha csökkenhet. A tudósok számára ez egy félreérthetetlen nyom arra nézve, hogy a működése káros.

Tudjuk, hogyan lehet mérni a jelenséget tenyésztett sejteken. De eddig nem igazán volt ez látható elő állatokon. „A sejtkultúrák nem túl hatékonyak a mitokondriumokhoz kapcsolódó betegségek tanulmányozásában” – magyarázza Elena Goun, az EPFL professzora.

Elena Goun és kollégái találtak egy módszert a jelenség tanulmányozására élő egerekben. Állatokat használnak, amelyek genetikailag módosítva vannak a luciferáz expresszálására – ez egy olyan enzim, amely fényt termel, ha egy másik, luciferinnek nevezett vegyülettel kombinálják. Így világítják meg a nyári estéket a szentjánosbogarak.

A tudósok kifejlesztettek két molekulát, amelyek a rágcsálókba való injektlást követően átjutnak a mitokondriumokba, ahol aktiválják a kémiai reakciót. A mitokondriumok ezután luciferint állítanak elő, amit kifelé ürítenek. A luciferin az egerek sejtjeiben pedig luciferázzal kombinálódik és fényt termel. „Egy teljesen elsötétített szobában látni, ahogy az egerek izzanak, mint a szentjánosbogarak” – mondja Elena Goun.

A kutatóknak csak a fényintenzitást kell mérniük, hogy világos képet kapjanak a mitokondriumok működéséről. Ha kevésbé működnek, akkor a membránjuk kevesebb vegyi anyagot enged be. A luciferin termelése csökken, így a fényerősség is.

A módszer kutatási lehetőségeinek bizonyítására a kutatók több kísérletet is végeztek. Megfigyelték például, hogy az idősebb rágcsálók szignifikánsan kevesebb fényt termelnek. Ez a fénycsökkenés a mitokondriumok aktivitásának visszaesését tükrözi – membránpotenciáljuk sokkal alacsonyabb, mint a fiatalabb rágcsálók esetében. Tudjuk, hogy az életkor csökkenti a mitokondriumok aktivitását, de ez az első alkalom, hogy a jelenséget közvetlenül élő állatokon határozták meg.

A csapat tesztelt egy olyan vegyületet is, amelyről ismert, hogy megfiatalítja a mitokondriumokat: ez a nikotinamid ribozid. Ez a molekula nem toxikus, és étrendkiegészítőként a kereskedelemben beszerezhető. Az egerek ezzel a vegyülettel több fényt produkáltak, ami a megnövekedett mitokondriális aktivitás jele.

A kutatók ugyanezt a jelenséget meg tudták mérni a rák állati modelljeiben is. Ez nagy segítség lehet a rákellenes gyógyszerek kutatásában. Ezen felül sikeresen kimutatták a mitokondriumok membránpotenciáljának monitorozását a barna zsírszövet sejtjeiben, amelyek gazdagok a mitokondriumokban. Stimulációja segíthet az elhízás bizonyos formáinak gyógyításában.

Az Elena Goun által leírt módszer elsősorban azoknak a tudósoknak szól, akik jobban meg akarják érteni a mitokondriumok szerepét és akiknek állatmodellre van szükségük. Az alkalmazási terület széles, érinti többek között: a cukorbetegséget, az onkológiát, az öregedést, a táplálkozást, a neurogeneratív betegségeket stb. „Eljárásunkban a mitokondriumok különböző fokú aktivitása mérhető, nem csupán egy ki/be kapcsoló jel” – magyarázza Elena Goun. –„Rendkívül érzékeny, sokkal több, mint egy PET-szkennelés, ráadásul megfizethető és könnyen megvalósítható.”