Το δηλητήριο του πλατύποδος «κλειδί» για θεραπεία του διαβήτη. Platypus Venom Could Hold Key to Successful Treatment of Type 2 Diabetes

Το συγκεκριμένο ενδημικό ζώο της Αυστραλίας όπως και η έχιδνα έχουν αναπτύξει ένα διαφορετικό σύστημα ρύθμισης της ινσουλίνης, το οποίο ανοίγει τον δρόμο για καλύτερη αντιμετώπιση του διαβήτη τύπου 2 στον άνθρωπο. The same hormone produced in the gut of the duck-billed platypus (Ornithorhynchus anatinus) to regulate blood glucose is also produced in the animal’s venom, a team of scientists led by University of Adelaide researchers has found — and that hormone could be used in new treatments for type 2 diabetes. This image is a digital reproduction of a painting by John Lewin of a platypus in 1808.

Ερευνητές στην Αυστραλία ανακάλυψαν σημαντικές εξελικτικές αλλαγές στη ρύθμιση της ινσουλίνης σε δύο ενδημικά είδη «σύμβολα» της χώρας - τον πλατύποδα ή ορνιθόρυγχο και την έχιδνα. Οι νέες ανακαλύψεις ανοίγουν τον δρόμο για καινούργιες θεραπείες του διαβήτη τύπου 2 στους ανθρώπους.

Στο έντερο και στο… δηλητήριο

Σύμφωνα με τα ευρήματα που δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση «Scientific Reports» του ομίλου Nature, η ίδια ορμόνη που παράγεται στο έντερο του πλατύποδος προκειμένου να ρυθμίζεται η γλυκόζη του αίματός του παράγεται (κατά… αναπάντεχο τρόπο) και στο δηλητήριό του.

Όπως αναφέρουν οι ερευνητές, επικεφαλής των οποίων ήταν ο καθηγητής Φρανκ Γκρούτσνερ του Πανεπιστημίου της Αδελαΐδας καθώς και η αναπληρώτρια καθηγήτρια του Πανεπιστημίου Φλίντερς Μπράιονι Φορμπς, η ορμόνη, γνωστή ως προσομοιάζον με τη γλυκαγόνη πεπτίδιο-1(GLP-1), εκκρίνεται υπό φυσιολογικές συνθήκες από το έντερο τόσο των ανθρώπων όσο και των ζώων, ενεργοποιώντας την έκλυση ινσουλίνης με στόχο τη μείωση της γλυκόζης του αίματος. Ωστόσο η συγκεκριμένη ορμόνη αποδομείται ταχύτατα με αποτέλεσμα τα επίπεδά της να πέφτουν μέσα σε λίγα λεπτά. Στα άτομα με διαβήτη τύπου 2 λοιπόν, το σύντομο ερέθισμα που προκαλείται από το GLP-1 δεν είναι αρκετό ώστε να υπάρξει ισορροπία στα επίπεδα σακχάρου του αίματος. Έτσι, χρειάζονται θεραπείες οι οποίες θα περιέχουν μια μορφή της ορμόνης με πιο μακροπρόθεσμη δράση ώστε να επιτυγχάνεται επιμήκυνση στην έκλυση ινσουλίνης.

Μοριακή «πάλη» στη λειτουργία της ορμόνης

Australian researchers have discovered remarkable evolutionary changes to insulin regulation in two of the nation's most iconic native animal species -- the platypus and the echidna -- which could pave the way for new treatments for type 2 diabetes in humans. The findings reveal that the same hormone produced in the gut of the platypus to regulate blood glucose is also surprisingly produced in their venom. Platypus (stock image). Credit: © susan flashman / Fotolia

«Η ερευνητική ομάδα μας ανακάλυψε ότι ο πλατύπους και η έχιδνα έχουν εμφανίσει αλλαγές στην ορμόνη GLP-1 με αποτέλεσμα να προκαλείται αντίσταση στην ταχεία αποδόμηση της ορμόνης που παρουσιάζεται στους ανθρώπους» σημείωσε ο καθηγητής Γκρούτσνερ από τη Σχολή Βιολογικών Επιστημών του Πανεπιστημίου της Αδελαΐδας και του Ερευνητικού Ινστιτούτου Robinson και πρόσθεσε: «Ανακαλύψαμε ότι το GLP-1 αποδομείται σε αυτά τα ζώα μέσω ενός εντελώς διαφορετικού μηχανισμού. Περαιτέρω γενετική ανάλυση αποκάλυψε πως φαίνεται να υπάρχει ενός είδους μοριακή "πάλη" μεταξύ της λειτουργίας του GLP-1 που παράγεται στο έντερο αλλά και κατά αναπάντεχο τρόπο και στο δηλητήριο των συγκεκριμένων ζώων».

Σταθερή μορφή του GLP-1, ελπίδα για θεραπεία

Οι πλατύπους παράγει ένα ισχυρό δηλητήριο κατά την περίοδο αναπαραγωγής του το οποίο και αποτελεί «όπλο» στον ανταγωνισμό ανάμεσα στα αρσενικά για τη διεκδίκηση των θηλυκών. «Εντοπίσαμε αλληλοσυγκρουόμενες λειτουργίες του GLP-1 στον πλατύποδα: στο έντερο δρα ως ρυθμιστής της γλυκόζης του αίματος ενώ στο δηλητήριο ως όπλο ενάντια στα υπόλοιπα αρσενικά κατά την περίοδο αναπαραγωγής. Αυτός ο πόλεμος μεταξύ των διαφορετικών λειτουργιών της ορμόνης έχει οδηγήσει τελικώς σε πολύ σημαντικές αλλαγές του συστήματος παραγωγής του GLP-1» εξήγησε από την πλευρά της η καθηγήτρια Φορμπς από την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Φλίντερς. Πρόσθεσε ότι «η λειτουργία της ορμόνης στο δηλητήριο πιθανότατα οδήγησε στην εξέλιξη μιας σταθερής μορφής της. Ακριβώς τέτοιες σταθερές μορφές των μορίων του GLP-1 είναι αυτές που χρειαζόμαστε ως εν δυνάμει θεραπείες για τον διαβήτη τύπου 2».

Η εξέλιξη και η βελτίωση των μορίων

A platypus. The same hormone produced in the gut of the platypus to regulate blood glucose is also produced in their venom, researchers have found -- and that hormone could be used in possible type 2 diabetes treatments. Credit: University of Adelaide

Σύμφωνα με τον καθηγητή Γκρούτσνερ «το συγκεκριμένο είναι ένα εκπληκτικό παράδειγμα σχετικά με το πώς εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης μπορούν να μετασχηματίσουν διαφορετικά μόρια βελτιώνοντας τη λειτουργία τους». Πάντως, ο καθηγητής τόνισε πως παρότι τα ευρήματα φαίνονται υποσχόμενα σε ό,τι αφορά τις μελλοντικές θεραπείες για τον διαβήτη, το πώς ακριβώς μπορούν να μεταφραστούν όντως σε μια θεραπεία για τον άνθρωπο πρέπει να αποτελέσει αντικείμενο μελλοντικής έρευνας.

Το GLP-1 εντοπίστηκε επίσης στο δηλητήριο της έχιδνας που είναι ένα άλλο ζώο-«σύμβολο» της Αυστραλίας. Ωστόσο ενώ οι αρσενικοί πλατύποδες διαθέτουν σπιρούνια στα πίσω άκρα ώστε να μπορούν να μεταφέρουν μεγάλη ποσότητα δηλητηρίου στους εχθρούς τους, οι έχιδνες δεν διαθέτουν σπιρούνια. «Αυτή η έλλειψη στις έχιδνες παραμένει ένα εξελικτικό μυστικό. Σε κάθε περίπτωση όμως το γεγονός ότι τόσο ο πλατύπους όσο και η έχιδνα έχουν αποκτήσει στο πλαίσιο της εξέλιξης την ίδια μορφή της ορμόνης GLP-1… μακράς διαρκείας είναι αρκούντως συναρπαστικό» κατέληξε ο καθηγητής Γκρούτσνερ.

Πηγή: Enkhjargal Tsend-Ayush, Chuan He, Mark A. Myers, Sof Andrikopoulos, Nicole Wong, Patrick M. Sexton, Denise Wootten, Briony E. Forbes, Frank Grutzner. Monotreme glucagon-like peptide-1 in venom and gut: one gene – two very different functions. Scientific Reports, 2016; 6: 37744 DOI: 10.1038/srep37744

Το πείραμα ALPHA παρατήρησε το φάσμα εκπομπής της αντιύλης για πρώτη φορά. ALPHA observes light spectrum of antimatter for first time

Oι εγκαταστάσεις του πειράματος ALPHA στο CERN. Measuring the antihydrogen spectrum with high-precision offers an extraordinary new tool to test whether matter behaves differently from antimatter and thus to further test the robustness of the Standard Model (Image: Maximilien Brice/CERN)

Το αντιυδρογόνο είναι το απλούστερο άτομο αντιύλης και συνίσταται από ένα αντι-πρωτόνιο και ένα αντι-ηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο). Το αντίστοιχο σωματίδιο ύλης είναι το άτομο του υδρογόνου – ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο.

“Using a laser to observe a transition in antihydrogen and comparing it to hydrogen to see if they obey the same laws of physics has always been a key goal of antimatter research,” said Jeffrey Hangst, spokesperson of the ALPHA collaboration (Image: Maximilien Brice/ CERN)

Οι φυσικοί του πειράματος ALPHA στο CERN χρησιμοποιώντας λέιζερ υπεριώδους φωτός, διέγειραν τα άτομα αντι-υδρογόνου, που βρίσκονταν στη θεμελιώδη κατάστασή τους, προς την αμέσως επόμενη στάθμη ενέργειας και δεν βρήκαν καμία διαφορά σε σχέση με την αποδιέγερση των ατόμων του υδρογόνου. Η ενεργειακή μετάβαση στο αντιυδρογόνο συμφωνεί με αυτή του υδρογόνου με μια ακρίβεια 2 μέρη στα 10 δισεκατομμύρια σύμφωνα με τη δημοσίευση στο περιοδικό Νature (“Observation of the 1s-2s transition in trapped antihydrogen”).

Τα αρχικά CPT αναφέρονται: 

C: στην συζυγία φορτίου, τον μετασχηματισμό όπου ένα σωματίδιο αντικαθίσταται από το αντισωματίδιό του, P: στην ομοτιμία, η οποία συνδέεται με τον μετασχηματισμό αναστροφής του χώρου, και T: στη συμμετρία αναστροφής του χρόνου, όπου εναλλάσσονται οι χρονικές συντεταγμένες t και -t.

Oι ισχυρές και οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις παραμένουν αναλλοίωτες κάτω από τους προαναφερθέντες μετασχηματισμούς C, P και T, ενώ οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις παραβιάζουν μεμονωμένα και τις 3 αυτές συμμετρίες. Όμως, όταν οι μετασχηματισμοί C, P, Τ εφαρμόζονται μαζί, ως μετασχηματισμός CPT, τότε όλες οι αλληλεπιδράσεις – ασθενείς, ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές – παραμένουν αναλλοίωτες.

Artist’s impression of a cloud of trapped antihydrogen atoms. Image credit: Chukman So.

Αυτό είναι το θεώρημα CPΤ και διατυπώνεται απλούστερα ως εξής: ένα σύστημα παραμένει αμετάβλητο αν τα σωματίδια αντικατασταθούν από τα κατοπτρικά συμμετρικά αντισωματίδιά τους και αντιστραφεί η ροή του χρόνου. To «αναλλοίωτο CPT» μας εγγυάται ότι ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιό του έχουν ίσες μάζες, ίσους χρόνους ζωής, ίδιο σπιν, αλλά αντίθετους προσθετικούς κβαντικούς αριθμούς όπως το ηλεκτρικό φορτίο, η z συνιστώσα του ισοσπίν, ο κβαντικός αριθμός της παραξενιάς κ.ά.

ALPHA is an antimatter experiment set up in late 2005. ALPHA makes, captures and studies atoms of antihydrogen and compares these with hydrogen atoms. ALPHA spokesperson, Jeffrey Hangst, explains the latest results. (Video: Jacques Herve Fichet/CERN)

Όλα τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα δείχνουν ότι δεν παραβιάζεται η συμμετρία CPT.

Πηγή: ALPHA observes light spectrum of antimatter for first time