Aby serce nie zamarzło

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Długotrwała ekspozycja żywych tkanek na temperatury bliskie punktowi zamarzania wody może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń. Mikroskopijne kryształki lodu rozrywają na kawałki komórki i wychwytują wilgoć, sprawiając, że narządy od dawcy nie nadają się do przeszczepienia. Dlatego narządy można schładzać jedynie przez kilka godzin przed zabiegiem. Jednak grupa nowych, trwałych związków zapobiegających zamarzaniu – podobnych do substancji, jakie znaleziono u zwierząt wyjątkowo wytrzymałych na mróz – może przedłużyć trwałość narządów.

Naukowców z University of Warwick w Anglii zainspirowały białka niektórych gatunków, m.in. arktycznych ryb i żab leśnych, które nie pozwalają na zamarznięcie krwi, dzięki czemu zwierzęta te mogą dobrze funkcjonować w skrajnie niskich temperaturach. Wcześniejsze badania wykazały, że te naturalne cząsteczki zapobiegające zamarzaniu pozwalają konserwować serca szczurów w temperaturze od –1,3°C do 24 godzin. Jednak ekstrakcja tych białek jest kosztowna. Są one poza tym bardzo toksyczne dla niektórych gatunków. „Przez długi czas zakładano, że dla rozwiązania tego problemu będzie konieczne stworzenie białek syntetycznych o budowie identycznej jak białka zapobiegające zamarzaniu – mówi Matthew Gibson, chemik z Warwick, który był jednym z autorów tego nowego badania. – Jednak stwierdziliśmy, że można zaprojektować nowe cząsteczki, które będą działały tak, jak białka zapobiegające zamarzaniu, mimo że niekoniecznie wyglądają tak, jak one”.

Większość naturalnych cząsteczek zapobiegających zamarzaniu ma patchworkową budowę, z obszarami przyciągającymi lub odpychającymi wodę. Naukowcy nie wiedzą, w jaki dokładnie sposób utrudnia to powstawanie kryształków lodu. Gibson uważa jednak, że cząsteczki wody mogą być chaotycznie przyciągane i odpychane, co zapobiega ich zbijaniu się w lód. Chcąc odtworzyć ten mechanizm, przeprowadził wraz ze współpracownikami syntezę spiralnych cząsteczek, które w większości odpychały wodę, ale zawierały w swojej środkowej części atomy żelaza, które sprawiało, że były tam hydrofilowe. Powstałe w ten sposób związki, opisane w lipcu w czasopiśmie Journal of the American Chemical Society, zaskakująco skutecznie zapobiegały powstawaniu kryształów lodu. Niektóre z nich były ponadto nietoksyczne dla nicienia Caenorhabditis elegans, co sugeruje, że mogą być bezpieczne dla innych zwierząt.

„To naprawdę niezwykłe cząsteczki, ponieważ nie są to białka – to cząsteczki innego rodzaju, które mimo to mogą odtworzyć przynajmniej częściowo działanie naturalnych białek zapobiegających zamarzaniu” – mówi Clara do Amaral, biolog z Mount St. Joseph University, która nie brała udziału w tym badaniu. Cząsteczki zapobiegające zamarzaniu, stworzone przez Gibsona, będą jednak musiały jeszcze zostać przebadane w eksperymentach z udziałem ludzi i mogą stanowić tylko częściowe rozwiązanie. „Nie znamy jeszcze pełnego obrazu – dodaje do Amaral. – To, że organizmy odporne na mróz są w stanie przeżyć, nie wynika z jednego magicznego związku. To cały zestaw mechanizmów adaptacyjnych”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.