Мозг — один из самых энергоемких органов, так как каждую секунду нервные клетки должны обрабатывать огромное количество сигналов. В частности, для их работы требуется большое количество кислорода, потому что большая часть энергии, необходимой для выполнения задач, генерируется аэробным метаболизмом. Животные получают кислород из окружающей среды, обогащая им кровь при помощи легких. Некоторые же организмы, а именно фотосинтезирующие растения, способны сами его производить, используя в качестве источника энергии свет. Благодаря ему они синтезируют органические вещества, при этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Учитывая эту особенность, ученые Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана заинтересовалась возможностью использования фотосинтезирующих микроорганизмов для непосредственного снабжения мозга кислородом. Исследования показали, что кислорода, выделяемого зелеными водорослями, действительно достаточно, чтобы питать мозг.
Зеленые водоросли показали свою способность обеспечить мозг кислородом
Цианобактерии как источник кислорода для мозга
В качестве источника необходимого для жизни газа учеными было решено использовать микроорганизмы — одноклеточные зеленые водоросли и цианобактерии. К слову, последние в свое время, когда Земля замедлила свое вращение, обеспечили кислородом всю нашу атмосферу. Поэтому их способность эффективно вырабатывать кислород хорошо известна.
Большая часть кислорода в атмосфере Земли появилась благодаря этим бактериям
Опыты проводились на головастиках когтистой лягушки Xenopus laevis. В период, когда у головастиков отрастали передние лапы, им в камеры сердца вводили цианобактерии Synechocystis и зеленые водоросли. Отмечу, что ученым важно было ввести источники кислорода именно в сердечную камеру, а не сердечную мышцу, что обеспечивало доставку бактерий и водорослей вместе с кровью непосредственно в мозг. Разумеется, они распространялись по всему организму головастиков, однако основная их часть была сконцентрирована именно здесь.
Для проведения эксперимента, головастиков лишали возможности получать кислород естественным способом. Однако, когда на мозг воздействовали светом, он действительно получал большое количество кислорода. Концентрацию газа измеряли в желудочках мозга, то есть системе полостей, которые заполнены спинномозговой жидкостью. Когда же свет выключали, в среде с низким содержанием кислорода активность нервных клеток головастиков полностью прекращалась. Но, как только свет снова включали, нейроны мозга возобновляли свою работу.
Подписывайтесь на наш Пульс Mail.ru, где мы подготовили для вас еще больше интересных материалов.
Чтобы окончательно исключить возможные неточности исследования, ученые проделали то же самое с обычными головастиками, которым не вводили в мозг зеленые водоросли и цианобактерии. Результат оказался ожидаемым — в бескислородной среде нейроны их мозга прекращали работу, при этом свет никак не менял ситуацию, так как уровень кислорода в их мозгу всегда оставался на низком уровне. Такая же ситуация возникала, если головастикам вводили в мозг водоросли или бактерии-мутанты, которые неспособны к фотосинтезу. Подробности исследования опубликованы в журнале iScience.
При воздействии света мозг головастиков с цианобактериями и зелеными водорослями внутри получал большое количество кислорода
Новое средство питания тканей кислородом?
Конечно, цианобактерии не заменят ИВЛ, так как они обеспечивают лишь местное насыщение кислородом. Но это не делает исследование менее значимыми. По словам авторов, полученные результаты демонстрируют, что одноклеточные фотосинтезирующие микроорганизмы способны служить новым средством контролируемого увеличения поступления кислорода в ткани. Их можно использовать, например, для повышения уровня кислорода в клеточных культурах, в эксплантированных органах или в срезах мозга.
Кроме того, фотосинтезирующие организмы производят не только кислород, но и сахар. Так что вполне возможно, что их метаболические способности могут быть использованы для синтеза питательных веществ. Поскольку интенсивность, продолжительность и спектр света можно контролировать с высокой точностью, этот метод также может предоставить новые подходы к исследованию роли кислорода в метаболических процессах. Напоследок напомню, что ранее я рассказывал о другом, не менее интересном исследовании, в котором ученые рассматривали возможность питания всего организма кислородом через кишечник. Последний, по сути, должен выполнять функцию легких.
