Мозг быков-лягушек производит собственные кетоны: как они выживают без глюкозы

Десятилетиями учёные считали, что мозг большинства животных полностью зависит от постоянного поступления глюкозы — основного топлива для нейронов. Когда глюкоза заканчивается, нейронная активность начинает снижаться, что может привести к необратимому повреждению мозга. Однако новое исследование показало исключение из этого правила.

Кетоны из печени — стандартный механизм

У большинства животных кетоновые тела производятся в печени при снижении уровня глюкозы — во время голодания, голодовки или интенсивных физических нагрузок. Печень расщепляет жирные кислоты на эти молекулы энергии, которые затем поступают в кровоток и доставляются к органам, включая мозг, где используются как топливо.

Локальное производство кетонов в мозге быков-лягушек

Исследователи Университета Миссури обнаружили, что быки-лягушки могут обойти этот процесс. Вместо полной зависимости от печени их мозг может генерировать кетоны локально, создавая резервный запас энергии там, где он нужен больше всего. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Учёные обычно считают, что кетоны доставляются в мозг из других частей тела, — сказал Джозеф Сантин, доцент кафедры биологических наук и ведущий автор исследования. — Именно это делает это открытие таким захватывающим. Это как найти резервный генератор внутри здания, которое все считали имеющим только один источник питания».

Выживание в зимней спячке

Открытие помогает объяснить, как быки-лягушки переживают один из самых сложных периодов года. Каждую зиму они впадают в состояние, похожее на спячку, которое замедляет их метаболизм и истощает энергетические запасы. К весне, когда кислород и энергетические резервы критически низки, животные должны быстро восстановить активность мозговых цепей, контролирующих жизненные функции. Недавно открытая система метаболического резервирования может быть одной из причин, по которой они успешно совершают этот переход.

Более глубокое понимание адаптации

Исследование опирается на многолетнюю работу лаборатории Сантина, изучающую, как лягушки переносят условия, которые серьёзно повредили бы или даже убили большинство животных. Предыдущие исследования показали, что состояние, похожее на спячку, защищает нейронные цепи при экстремальной кислородной недостаточности. Новые результаты раскрывают ещё один уровень стратегии выживания: способность поддерживать активность мозга, когда обычный метаболизм глюкозы нарушен.

Открытые вопросы и потенциал для медицины

Открытие также порождает вопросы о том, что запускает переход на производство кетонов и как долго быки-лягушки могут его поддерживать. Исследователи не считают, что метаболический сдвиг является постоянным, но он, похоже, обеспечивает надёжную резервную систему, когда обычный энергоснабжение мозга недостаточно.

Хотя открытие предоставляет новое понимание биологии амфибий, Сантин полагает, что оно может помочь учёным лучше понять человеческий мозг, поскольку быки-лягушки и люди имеют много одинаковых фундаментальных биологических процессов. Выявив, как мозг адаптируется при ограниченных энергетических ресурсах, исследование может открыть новые пути для изучения неврологических расстройств, связанных с нарушением энергетического метаболизма, включая болезнь Альцгеймера, БАС и шизофрению.

Это данные исследования, а не медицинский совет.