Eine überraschende Entdeckung einer Fledermaus könnte zu neuen Behandlungsmöglichkeiten für Diabetes beim Menschen führen

By | January 26, 2024

Menschen auf der ganzen Welt essen viel Zucker. Wenn der Körper Zucker nicht effektiv verarbeiten kann, was zu einem Überschuss an Glukose im Blut führt, kann dies zu Diabetes führen. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation wurde Diabetes im Jahr 2019 zur neunthäufigsten Todesursache.

Menschen sind nicht die einzigen Säugetiere, die Zucker lieben. Flughunde fressen außerdem bis zum Doppelten ihres Körpergewichts an zuckerhaltigen Früchten pro Tag. Im Gegensatz zum Menschen gedeihen Flughunde jedoch bei einer zuckerreichen Ernährung. Sie können den Blutzucker schneller senken als Fledermäuse, deren Hauptnahrungsquelle Insekten sind.

Wir sind ein Team aus Biologen und Bioingenieuren. Als wir herausfanden, wie sich Flughunde zu einer Spezialisierung auf eine zuckerreiche Ernährung entwickelten, begaben wir uns auf die Suche, die Diabetes-Therapie aus einem ungewöhnlichen Blickwinkel anzugehen – und führten uns nach Lamanai, Belize, zum Belize Bat-a-thon, einem jährlichen Treffen von Forschern Fledermäuse sammeln und studieren.

Die Autoren Nadav Ahituv (links) und Wei Gordon.

CC BY-ND

In unserer gerade in Nature Communications veröffentlichten Forschung verwendeten wir und die Kollegen Seungbyn Baek und Martin Hemberg eine Technologie, die die DNA einzelner Zellen analysiert, um die einzigartigen Stoffwechselanweisungen zu vergleichen, die im Genom des jamaikanischen Flughundes kodiert sind. Artibeus jamaicensismit denen im Genom der großen braunen insektenfressenden Fledermaus, Eptesicus fuscus.

Ungefähr 2 % der DNA bestehen aus Genen. Dabei handelt es sich um DNA-Abschnitte, die die Anweisungen enthalten, die Zellen verwenden, um bestimmte Eigenschaften zu erzeugen, wie zum Beispiel eine längere Zunge bei Flughunden. Die anderen 98 % sind DNA-Segmente, die Gene regulieren und das Vorhandensein oder Fehlen der von ihnen kodierten Merkmale bestimmen.

Um zu verstehen, wie sich Flughunde dazu entwickelten, so viel Zucker zu konsumieren, wollten wir die genetischen und zellulären Unterschiede zwischen Flughunden und insektenfressenden Fledermäusen identifizieren. Konkret analysierten wir die Gene, regulatorische DNA und Zelltypen in zwei wichtigen Organen, die an Stoffwechselerkrankungen beteiligt sind: der Bauchspeicheldrüse und der Niere.

Die Bauchspeicheldrüse reguliert den Blutzucker und den Appetit, indem sie Hormone wie Insulin, das den Blutzucker senkt, und Glucagon, das den Blutzucker erhöht, absondert. Wir fanden heraus, dass jamaikanische Flughunde mehr Zellen haben, die Insulin und Glukagon produzieren, als große braune Fledermäuse, zusammen mit regulatorischer DNA, die die Bauchspeicheldrüsenzellen von Flughunden auf die Initiierung der Insulin- und Glukagonproduktion vorbereitet. Zusammen sorgen diese beiden Hormone dafür, dass der Blutzuckerspiegel im Gleichgewicht bleibt, selbst wenn Flughunde große Mengen Zucker fressen.

Die Niere filtert Stoffwechselabfälle aus dem Blut, hält den Wasser- und Salzhaushalt aufrecht und reguliert den Blutdruck. Die Nieren von Flughunden müssen in der Lage sein, die großen Wassermengen, die aus Früchten stammen, aus dem Blutkreislauf zu entfernen und gleichzeitig die geringen Salzmengen in Früchten zurückzuhalten. Wir fanden heraus, dass jamaikanische Flughunde die Zusammensetzung ihrer Nierenzellen an ihre Ernährung angepasst haben und die Anzahl der urinkonzentrierenden Zellen reduziert haben, sodass ihr Urin im Vergleich zu großen braunen Fledermäusen stärker in Wasser verdünnt ist.

Warum ist das wichtig?

Diabetes ist eine der teuersten chronischen Krankheiten der Welt. Die USA gaben im Jahr 2022 412,9 Milliarden US-Dollar für direkte medizinische Kosten und indirekte Kosten im Zusammenhang mit Diabetes aus.

Die meisten Ansätze zur Entwicklung neuer Therapien für Diabetes basieren auf herkömmlichen Labortieren wie Mäusen, da diese im Labor leicht zu züchten und zu untersuchen sind. Aber außerhalb des Labors gibt es Säugetiere wie Flughunde, die sich entwickelt haben, um hohen Zuckerbelastungen standzuhalten. Die Entdeckung, wie diese Säugetiere mit hoher Zuckerbelastung umgehen, könnte Forschern dabei helfen, neue Ansätze zur Behandlung von Diabetes zu finden.

Durch die Anwendung neuer zellulärer Charakterisierungstechnologien auf diese Nicht-Modellorganismen oder Organismen, die Forscher normalerweise nicht für Laborforschung verwenden, haben wir und eine wachsende Gruppe von Forschern gezeigt, dass die Natur genutzt werden kann, um neue Behandlungsansätze für Krankheiten zu entwickeln.

Die Autoren entwirrten während des Belize Bata-thon einen Flughund aus einem Netz.

Was ist noch nicht bekannt

Obwohl unsere Studie viele potenzielle therapeutische Angriffspunkte für Diabetes aufgedeckt hat, muss noch mehr Forschung betrieben werden, um zu zeigen, ob unsere Flughund-DNA-Sequenzen dabei helfen können, Diabetes beim Menschen zu verstehen, zu kontrollieren oder zu heilen.

Einige unserer Ergebnisse zu Flughunden stehen möglicherweise nicht im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel oder sind nur für jamaikanische Flughunde spezifisch. Es gibt etwa 200 Arten von Flughunden. Die Untersuchung weiterer Fledermäuse wird den Forschern helfen zu klären, welche DNA-Sequenzen von Flughunden für die Behandlung von Diabetes relevant sind.

Auch unsere Studie konzentrierte sich nur auf die Bauchspeicheldrüse und die Nieren von Fledermäusen. Die Analyse anderer am Stoffwechsel beteiligter Organe wie Leber und Dünndarm wird den Forschern helfen, den Stoffwechsel von Flughunden besser zu verstehen und geeignete Behandlungen zu entwickeln.

Was kommt als nächstes?

Unser Team testet derzeit die DNA-Regulationssequenzen, die es Flughunden ermöglichen, so viel Zucker zu fressen, und prüft, ob wir sie nutzen können, um die Reaktion von Menschen auf Glukose besser zu regulieren.

Wir tun dies, indem wir regulatorische DNA-Sequenzen in Mäusen mit denen von Flughunden austauschen und die Auswirkungen darauf testen, wie gut diese Mäuse ihren Glukosespiegel kontrollieren.

Ö Forschungszusammenfassung ist ein kurzer Überblick über eine interessante wissenschaftliche Arbeit.

Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation von Wei Gordon vom Menlo College und Nadav Ahituv von der University of California veröffentlicht. Lesen Sie hier den Originalartikel.

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