میکروب ها به حیوانات در خواب زمستانی کمک می کنند تا مواد مغذی را بازیافت کنند و ماهیچه ها را در طول زمستان حفظ کنند

برای گذراندن یک زمستان طولانی بدون غذا، حیوانات در خواب زمستانی – مانند سنجاب زمینی 13 خطی – می توانند متابولیسم خود را تا 99 درصد کاهش دهند، اما آنها همچنان به مواد مغذی مهمی مانند پروتئین برای حفظ ماهیچه ها در هنگام خواب زمستانی نیاز دارند. یک مطالعه جدید از دانشگاه ویسکانسین مدیسون نشان می دهد که سنجاب های زمینی در خواب زمستانی از میکروب های موجود در روده خود کمک می گیرند.

این کشف می تواند به افراد مبتلا به اختلالات تحلیل عضلات و حتی فضانوردان در سفرهای فضایی طولانی کمک کند.

هانا کری، استاد بازنشسته در دانشکده دامپزشکی UW-Madison و یکی از نویسندگان این مطالعه جدید که امروز منتشر شد، می‌گوید: «هرچه حیوانات بیشتر ورزش نکنند، استخوان‌ها و ماهیچه‌ها شروع به آتروفی می‌کنند و توده و عملکرد خود را از دست می‌دهند. (27 ژانویه) در مجله علوم پایه. بدون وارد شدن هیچ پروتئین غذایی، افراد خواب زمستانی به راه دیگری برای رسیدن به آنچه ماهیچه هایشان نیاز دارند نیاز دارند.

یکی از منابع نیتروژن، بلوک ساختمانی حیاتی برای اسیدهای آمینه و پروتئین ها، در بدن همه حیوانات (از جمله انسان) به عنوان اوره، یکی از اجزای ادرار تجمع می یابد. محققان می‌دانستند که اوره‌ای که وارد دستگاه گوارش سنجاب‌ها می‌شود، می‌تواند توسط برخی میکروب‌های روده تجزیه شود، که همچنین برای پروتئین‌های خود به نیتروژن نیاز دارند. اما محققان می خواستند ببینند آیا مقداری از نیتروژن اوره آزاد شده توسط میکروب ها نیز در بدن سنجاب ها گنجانده شده است یا خیر.

آنها اوره ساخته شده با ایزوتوپ های قابل ردیابی کربن و نیتروژن را در سه مرحله در خون سنجاب ها تزریق کردند – در روزهای فعال تابستان، اوایل زمستان زمستانی و اواخر زمستان. برخی از سنجاب ها نیز با آنتی بیوتیک درمان شده بودند تا اکثر میکروب های روده آنها را از بین ببرند. همانطور که پیش بینی می شد، نیتروژن حاوی ایزوتوپ توسط برخی از میکروب های روده که اوره تزریق شده را تجزیه می کردند، آزاد شد.

فریبا اسدی پورتر، یکی از محققین این مطالعه، بیوشیمی‌دان ممتاز UW-Madison می‌گوید: «ما این نیتروژن را به کبد (سنجاب‌ها)، عمدتاً – جایی که برای ساختن بسیاری از پروتئین‌ها استفاده می‌شود – و مقداری در ماهیچه‌ها دنبال کردیم. متخصص در ردیابی ایزوتوپ ها. او همچنین یک دانشمند در زیست شناسی یکپارچه و تاسیسات تشدید مغناطیسی هسته ای دانشگاه است. ما معتقدیم که می‌بینیم مولکول‌های نیتروژن نشان‌دار شده با ایزوتوپ از میزبان به میکروبیوم می‌روند، سپس قبل از بازگشت دوباره به میزبان توسط میکروب‌ها به مولکول‌های قابل استفاده تبدیل می‌شوند و اساساً در حیوان خواب زمستانی «بازیافت» می‌شوند.

محققان دو تفاوت را مشاهده کردند که این مسیر میکروبی را پشتیبانی می کند. سنجاب‌هایی که میکروب‌های روده‌شان تا حد زیادی توسط آنتی‌بیوتیک‌ها تحلیل رفته بود، نیتروژن قابل ردیابی در کبد و ماهیچه‌هایشان بسیار کمتر بود. و هنگامی که محققان ژنوم های میکروب های موجود در روده سنجاب ها را توالی یابی کردند، دریافتند که با طولانی شدن خواب زمستانی، حضور ژن های مرتبط با تولید آنزیمی به نام اوره آز افزایش می یابد.

کری که کارش توسط بنیاد ملی علوم پشتیبانی می‌شود، می‌گوید: «اوره‌آز توسط حیوانات ساخته نمی‌شود. تنها میکروب‌هایی که اوره‌آز را بیان می‌کنند، می‌توانند مولکول اوره را شکافته و نیتروژن آن را آزاد کنند». تا زمانی که میکروب‌های مناسب وجود داشته باشند، این یک معامله بین آن‌ها و میزبان است – هر کدام مقداری از نیتروژن آزاد شده را دریافت می‌کنند تا آنها را تا پایان خواب زمستانی کنترل کند.

توصیف کلیدهای بقا در طول مدت خواب زمستانی می تواند به افرادی که رژیم های غذایی کم نیتروژن دارند یا دارای اختلالاتی است که باعث آتروفی عضلات می شود کمک کند. همچنین می تواند سفرهای طولانی مدت به سیارات دور را برای انسان ها ممکن کند.

قرار دادن مسافران فضایی در حالت خواب زمستانی به این معنی است که آنها نیازی به مصرف غذا، آب و اکسیژن ندارند و ضایعات و دی اکسید کربن کمتری تولید می کنند و در وزن و سوخت بسیار صرفه جویی می کنند.

متیو ریگان، یکی از نویسندگان این مطالعه و محقق سابق فوق دکتری UW-Madison که اکنون استاد فیزیولوژی جانوری در دانشگاه است، می‌گوید: «این فرآیند از نظر تئوری می‌تواند نرخ از دست دادن عضله در فضا را کاهش دهد، جایی که قرار گرفتن در معرض ریزگرانش همیشه به آتروفی عضلانی منجر می‌شود. مونترال و از آنجایی که ویژگی‌های خواب زمستانی فراتر از این فرآیند وابسته به میکروب روده، محافظت در برابر سایر خطرات پرواز فضایی مانند تشعشعات یونیزان را به همراه دارد، از نظر تئوری ممکن است که اگر به انسان ترجمه شود، حالت‌های خواب زمستانی می‌تواند چالش‌های متعدد پرواز فضایی انسان را به طور همزمان حل کند. ”