Ново лечение на инфаркт използва фотосинтезиращи бактерии, за производство на кислород

Цианобактериите намаляват увредата в сърца на плъхове, лишени от кръвоснабдяване.

Когато са изложени на светлина, фотосинтезиращите бактерии (в зелено) произвеждайки кислород, могат да запазят сърдечните клетки у плъховете (в червено) живи след инфаркт.
Когато са изложени на светлина, фотосинтезиращите бактерии (в зелено) произвеждайки кислород, могат да запазят сърдечните клетки у плъховете (в червено) живи след инфаркт. Credit: Department of Cardiothoracic Surgery/Stanford University School of Medicine

Според ново проучване фотосинтезиращи бактерии, изпълнявайки ролята на миниатюрни дръвчета, поглъщащи слънчева светлина и отделящи кислород, могат при инжектиране в сърцето да намалят пораженията при инфаркт.

Изследователите от Станфордския университет съобщили пред  Science Advances, че когато вкарали бактериите в сърцата на плъховете, микробите снабдили с кислород тъканите, чието кръвоснабдяване било ограничено поради инфаркт.

„Това наистина е иновативно мислене!”, смята Химадри Пакраси, системен биолог от Вашингтонския университет в Сейнт Луис, който не е бил част от проучването. „Звучи ми като научна фантастика, но е страхотно, че работи!”, казва още той.

Организмът, наречен Synechococcus elongatus, бил използван наскоро за производството на биогорива, но това може би ще бъде първият път, когато цианобактерия ще бъде използвана за медицински цели, допълва Пакраси.


РЕКЛАМА:

***

Други учени също реагират с ентусиазъм. „Ексцентрично е! Но ексцентрично по добър начин”, казва Сюзън Голдън, която изучава цианобактериите в Калифорнийския университет в Сан Диего. Матиас Нарендорф, изследовател на сърдечно-съдовата система от Massachusetts General Hospital в Бостън, възкликва „Харесвам идеята! Много е свежа!”.

Когато сърдечносъдовият хирург от Станфорд Джоузеф Вуу и неговите колеги съставили план да вкарат усвояващата светлина бактерия в сърцето, те имали за цел именно да доставят кислород до изгладнелите за него тъкани. При инфаркт, запушени артерии или тромби лишават органа от кръв. Без кислорода, доставян чрез нея, сърдечните клетки умират.

Вуу искал да намери начин сърцето само да си набавя кислород или да използва друг източник на такъв, докато лекарите отпушат съда и го възстановят. Растенията произвеждат този газ от въглероден диоксид и слънчева светлина, затова Вуу се зачудил „Защо пък да не внесем дърво в сърцето?”.

В началото той и колегите му започнали като смилали зеле и спанак, за да съберат хлоропластите от тях – органелите в растенията, които извършват фотосинтезата. Но хлоропластите не оцелявали извън клетката. Тогава екипът научил за S. elongatus, фотосинтезиращ организъм, който Голдън и други учени използвали от дълго време за изучаване на денонощните ритми.

Биещо сърце на плъх на MRI. Учените ограничават кръвотока до част от сърцето, причинявайки инфаркт. Но цианобактериите произвеждат кислород, което ограничава увредата и запазва животното живо.
Биещо сърце на плъх на MRI. Учените ограничават кръвотока до част от сърцето, причинявайки инфаркт. Но цианобактериите произвеждат кислород, което ограничава увредата и запазва животното живо. Credit: Department of Cardiothoracic Surgery/Stanford University School of Medicine

След откритието, че тази бактерия може да доставя кислород на сърдечните клетки в лабораторно петри, следващата стъпка била цианобактериите да се справят в животински организъм. Учените спрели кръвотока в част от сърцата на плъхове и след 15 минути инжектирали или S. elongatus, или физиологичен разтвор. Бактерията увеличила количеството кислород в сърцето до около три пъти, спрямо нивата, измерени след инфаркта. И това се случило на тъмното! Когато те изложили сърцето на светлина, плъховете, носители на бактерията, имали 25 пъти по-високи нива на кислород спрямо слединфарктното състояние. Четири седмици след лечението тези плъхове имали по-добро състояние от нетретираните гризачи, което показвало дългосрочен ефект. Всъщност, сърцата на първата група животни биели силно – потокът кръв, излизащ от сърцето бил 30 процента по-висок при плъховете, инжектирани с цианобактерии и изложени на светлина сърца, в сравнение с тези на тъмно. Този ускорен поток може да бъде решителен за борбата между живота и смърта при някои пациенти, казва Вуу. Резултатите показват, че бактерията се нуждае от светлина, за да снабдява сърцето с достатъчно кислород. Това представлява трудност, ако цианобактериите някога започнат да се използват при хора – вкарване на светлина в сърцето е голяма пречка.

„Би било близо до невъзможното да отворим гръдния кош за светлина”, счита Нарендорф. „Ден на плажа няма да свърши работа.” Вуу казва, че учените работят съвместно с инженери от Станфорд, за да създадат устройства, които да вкарват светлина през костите и кожата, за да стигне тя до дълбоките тъкани.

Вкарването на бактериите в сърцето също е рисковано начинание. „Това, което правите, е да инфектирате тъканите, а това рядко е добра идея”, казва Нарендорф. Но цианобактериите се очистват от телата на плъховете за 24 часа и не провокират имунната система да атакува сърцето. Някои други цианобактерии произвеждат токсини, но тази е „доброкачествена”, заявява Голдън.

Цианобактерията може да снабдява с кислород и при други заболявания – мозъчни наранявания, инсулти и незаздравяващи рани при хора с диабет, съобщава Арнар Гейрсън от Йейл. Фотосинтезиращите бактерии могат да помогнат също при съхраняването на органи за трансплантация.

„Доста съм впечатлен”, казва Гейрсън. „Това наистина е уникален начин за снабдяване с кислород!”.

 

 

Превод: Ивона Чолакова

Източник: Science News


Европейска нощ на учените 2022 г.: