Golce piaskowe i przyszłość medycyny: rozmowa z dr. Chrisem Faulkesem

Golce piaskowe to podziemne gryzonie występujące we wschodniej Afryce. Niemal się nie starzeją, prawie nigdy nie chorują na raka i potrafią przetrwać dłuższy czas bez tlenu. Rozszyfrowanie tajemnic ich biologii może doprowadzić do powstania nowych leków na nowotwory, zawały serca, chorobę Alzheimera, a nawet uzależnienia.

Profesor Chris Faulkes z Queen Mary University of London, jeden z czołowych światowych ekspertów od tych niezwykłych zwierząt, wyjaśnił Altezza Travel, w jaki sposób wyjątkowe cechy tych afrykańskich gryzoni mogą pewnego dnia zmienić medycynę i zdrowie człowieka.

Rzadko chorują i wykazują niewiele oznak starzenia

Jak długo bada Pan golce piaskowe?

Pracuję nad nimi od 1986 roku. W 1987 roku, podczas doktoratu, pojechałem do Kenii – tam prowadziłem swoje pierwsze badania terenowe. Od tamtej pory wielokrotnie wracałem do Afryki.

Równolegle, najpierw w Zoological Society of London, a potem na Queen Mary w Londynie, gdzie obecnie pracuję, przez wszystkie te lata utrzymywaliśmy w laboratorium hodowlaną populację golców piaskowych. Dzięki temu mogłem dalej je badać, pracując jednocześnie nad innymi projektami, często dotyczącymi innych afrykańskich gatunków kretoszczurów, wspólnie z moim wieloletnim współpracownikiem, profesorem Nigelem Bennettem z University of Pretoria.

Co wzbudziło Pana zainteresowanie tymi zwierzętami?

Na początku fascynowało mnie to, jak zorganizowane jest ich społeczeństwo. Golce piaskowe żyją niemal jak pszczoły albo mrówki: w kolonii liczącej do 300 osobników jest 1 królowa i od 1 do 3 samców, które się z nią rozmnażają. Królowa hamuje rozród u pozostałych, dlatego większość osobników przez całe życie pracuje i pomaga wewnątrz kolonii.

A jak długo żyją?

Nie mam pewności, czy ten konkretny golec wciąż żyje, ale kiedy ostatnio rozmawiałem z moją koleżanką Rochelle Buffenstein**Rochelle Buffenstein jest amerykańską biolożką znaną z badań nad starzeniem się organizmów żywych., miała golca piaskowego w wieku 37 lat. Jak na stworzenie wielkości myszy to coś niezwykłego. Myszy rzadko żyją dłużej niż 2–3 lata.

I nie chodzi tylko o to, jak długo może żyć pojedyncze zwierzę. Golce piaskowe jako grupa prawie nigdy nie chorują i praktycznie nie wykazują oznak starzenia. Naukowcy na całym świecie badają zachowanie, genetykę, rozród i procesy starzenia tych gryzoni, aby zrozumieć, jak mogą żyć tak długo, pozostając przy tym w zaskakująco dobrym zdrowiu.

Innymi słowy, ich wiek biologiczny bardzo różni się od wieku chronologicznego?

Dokładnie.

Stosunkowo nową koncepcją w badaniach nad starzeniem jest „zegar epigenetyczny”. Wraz z wiekiem na DNA organizmów żywych pojawiają się drobne znaczniki chemiczne. Z czasem gromadzi się ich coraz więcej, rozprzestrzeniają się po genomie i wpływają na działanie genów. Wygląda na to, że jest to część naturalnego procesu starzenia. Analizując te znaczniki, można oszacować wiek zwierzęcia albo człowieka.

Obecnie badamy ten mechanizm u golców piaskowych. Czy gromadzenie się znaczników chemicznych jest tylko ubocznym skutkiem starzenia, czy rzeczywiście napędza ten proces? Jeśli naukowcy odpowiedzą na to pytanie, możemy lepiej zrozumieć, czy da się spowolnić starzenie.

Ma Pan na myśli starzenie się człowieka?

Tak. W przyszłości wiedza zdobyta dzięki golcom piaskowym może pomóc wspierać zdrowie ludzi i wydłużyć okres aktywnego, zdrowego życia.

Można nawet powiedzieć, że wydłużenie czasu życia w zdrowiu jest znacznie bardziej pożądanym celem niż samo zwiększanie długości życia.

Golce piaskowe wykazują odporność na zawały serca, udary, nowotwory i demencję

Przyjrzyjmy się bliżej ich wyjątkowym cechom. Czy to prawda, że golce piaskowe potrafią przetrwać bez tlenu dłużej niż jakikolwiek inny ssak?

Ssaki morskie potrafią nurkować i wstrzymywać oddech nawet przez 90 minut. Mają jednak wyspecjalizowane przystosowania fizjologiczne, które pozwalają im magazynować tlen w tkankach, więc przez cały ten czas nie są naprawdę pozbawione tlenu.

Golec piaskowy natomiast potrafi przetrwać 18 minut w warunkach całkowitego braku tlenu. To naprawdę imponujące.

Kiedyś znieczuliliśmy jedno zwierzę, aby usunąć niewielki ropień. Bardzo długo zasypiało, a podczas zabiegu przestało oddychać. Weterynarz powiedział: „Straciliśmy go”. Odpowiedziałem: „Spokojnie, obudzi się”. Około 10 minut później golec wrócił do życia, wstał i pobiegł, jakby nic się nie stało. Weterynarz był oszołomiony – nigdy wcześniej nie widział czegoś podobnego.

Czy może Pan wyjaśnić, jak działa ten proces?

Kiedy brakuje tlenu, serce i mózg cierpią jako pierwsze – znamy to z udarów i zawałów serca. U golców piaskowych komórki mózgowe przełączają się jednak na inny „tryb zasilania”: z glukozy na fruktozę. Dzięki temu utrzymują podstawowe funkcje życiowe nawet w skrajnych warunkach. Ten mechanizm jest przystosowaniem do ich nietypowego środowiska. W naturze golce piaskowe żyją w głębokich, wąskich podziemnych tunelach i komorach, gdzie może gromadzić się ponad 100 zwierząt, a poziom tlenu jest bardzo niski.

Nasze badania pokazały również, że golce piaskowe mają zupełnie odmienne wzorce metabolizmu serca. Ich serca zawierają także duże ilości glikogenu – zwierzęcej skrobi, która szybko rozkłada się, dostarczając energii. U większości ssaków glikogen magazynowany jest w wątrobie, ale kretoszczury mają go pod dostatkiem w sercu. To niezwykłe.

Płód człowieka rozwija się w czasie ciąży w płynie owodniowym, a mimo to nadal otrzymuje tlen. Czy widać tu jakieś podobieństwa?

Płód człowieka rzeczywiście ma zapasy glikogenu w sercu, ale znikają one zaraz po urodzeniu, gdy dziecko zaczyna oddychać. U golców piaskowych te rezerwy pozostają. Kiedy więc zaczyna brakować tlenu, ich organizm może przełączyć się na alternatywny tryb metaboliczny i wykorzystać glikogen do produkcji energii. Przynajmniej taka jest nasza obecna hipoteza.

Mamy nadzieję, że zrozumienie tych wyjątkowych mechanizmów z czasem pomoże opracować nowe metody leczenia chorób serca.

Wiadomo też, że golce piaskowe prawie nigdy nie chorują na raka. Dlaczego tak się dzieje?

Powodów wydaje się kilka, a wiele z nich wiąże się z życiem pod ziemią. Jednym z najlepiej zbadanych przykładów jest ich nietypowa forma kwasu hialuronowego, czyli hialuronianu. Ta substancja występuje również u innych ssaków, w tym u ludzi – wiąże wodę, utrzymuje nawilżenie skóry, chroni stawy i pomaga w gojeniu ran.

U golców piaskowych naukowcy zidentyfikowali mutację w genie kodującym hialuronian. Wygląda na to, że ta wyspecjalizowana wersja cząsteczki pierwotnie wyewoluowała jako przystosowanie do podziemnego trybu życia: przypuszcza się, że nadaje ich skórze niezwykłą elastyczność, pomagając im przeciskać się przez wąskie, chropowate tunele.

Później badacze odkryli, że zmodyfikowana struktura hialuronianu zapobiega również powstawaniu guzów. I nie jest to ich jedyna linia obrony. Golce piaskowe skuteczniej naprawiają uszkodzone DNA i szybciej zatrzymują podział niebezpiecznych komórek.

Czy tę wiedzę można wykorzystać w medycynie?

Tak. Kiedy badacze wprowadzili do myszy wersję tego genu pochodzącą od golca piaskowego, zmodyfikowane zwierzęta zaczęły produkować tę samą formę hialuronianu. W rezultacie żyły dłużej, pozostawały zdrowsze i wykazywały większą odporność na nowotwory.

Te odkrycia z pewnością pomogą nam lepiej zrozumieć naturalne mechanizmy odporności na raka i być może w przyszłości zastosować je w medycynie człowieka, co sugerują już wstępne badania na myszach transgenicznych. Choć sama idea wprowadzania genów golca piaskowego do ludzi jest oczywiście kontrowersyjna.

Wygląda też na to, że golce piaskowe nie zapadają na chorobę Alzheimera. Dlaczego?

Mimo wieku ich mózgi pozostają zdrowe, choć gromadzą te same białka, które zwykle uruchamiają chorobę Alzheimera. Są to beta-amyloid i tau, substancje tworzące u ludzi szkodliwe złogi. Z czasem takie złogi narastają, zaburzają pracę neuronów i niszczą komórki mózgowe.

U golców piaskowych podobne złogi pojawiają się wraz z wiekiem, ale nie powodują żadnych uszkodzeń. Zwierzęta wydają się naturalnie odporne.

Golce piaskowe są więc naturalnym modelem odporności na tę chorobę. Zrozumienie, jak to działa, ma ogromne znaczenie dla opracowania potencjalnych terapii choroby Alzheimera u ludzi.

Poza tym wszystkim golce piaskowe prawie nie odczuwają bólu. Czy ich badanie może pomóc w stworzeniu skuteczniejszych leków przeciwbólowych?

Są wyjątkowo niewrażliwe na pewne rodzaje bólu, zwłaszcza ból wywołany drażnieniem chemicznym lub kwaśnym środowiskiem. Przykładem może być pieczenie błon śluzowych po chilli albo działanie kwaśnych płynów na skórę czy otwartą ranę.

I znów chodzi o modyfikacje genów związane z ich podziemnym trybem życia. Tak, te odkrycia są już wykorzystywane w pracach nad potencjalnymi nieopioidowymi lekami przeciwbólowymi, które nie powodują uzależnienia. 

Odkrycie nowych gatunków kretoszczurów w Tanzanii

Jak rozumiem, pomógł Pan również zidentyfikować kilka wcześniej nieznanych gatunków kretoszczurów w Tanzanii. Dlaczego te odkrycia są ważne?

Odkrywanie nowych gatunków ssaków ma znaczenie wykraczające poza Tanzanię, ponieważ nowe ssaki nie są znajdowane zbyt często.

Ta historia sięga początku lat 90. i wiąże się z moim kolegą, profesorem Nigelem Bennettem z University of Pretoria. Braliśmy udział w konferencji w Tanzanii, kiedy poznaliśmy naszego tanzańskiego współpracownika, profesora Georgiesa Mgode. Razem postanowiliśmy rozpocząć projekt poświęcony badaniu kretoszczurów żyjących w Tanzanii, bo w tamtym czasie wiedziano o nich bardzo niewiele.

Próbki zebrane przez Georgiesa na górze Hanang i w okolicach miasta Ujiji okazały się genetycznie inne od wszystkiego, co widzieliśmy wcześniej. Podejrzewaliśmy, że mogą to być nieznane dotąd gatunki, więc musieliśmy wrócić, aby zebrać dodatkowe dane.

Ostatecznie formalnie opisaliśmy i nazwaliśmy 2 nowe gatunki: Fukomys hanangensis, żyjący na górze Hanang i w jej okolicach, oraz Fukomys livingstoni z Ujiji.

Czyli pojechał Pan do Tanzanii specjalnie po to, by szukać tych gatunków?

Ostatnia ekspedycja terenowa, którą odbyłem z Georgiesem w 2019 roku, była szczególnie udana. Udało nam się przeprowadzić badania i odłowić zwierzęta na górze Hanang, na wysokości około 1 957 m n.p.m. Podczas tego wyjazdu odkryliśmy też kilka nowych populacji, między innymi w rezerwacie Nou Forest, niedaleko góry Hanang.

Niestety niedługo potem Georgies zmarł po krótkiej chorobie i nie mieliśmy już szansy na realny postęp w badaniach nad tymi gatunkami.

Czy to oznacza, że obecnie nikt aktywnie nie szuka nieznanych kretoszczurów w Tanzanii? Czy nowo odkryte gatunki wymagają ochrony?

Wciąż wiemy bardzo niewiele o kretoszczurach z Ujiji. Potrzebne są dalsze badania terenowe.

Kretoszczur z Hanang jest natomiast endemitem: to jedyne miejsce na świecie, gdzie występuje. Dzięki temu mogliśmy rozpocząć przygotowywanie wniosku o nadanie statusu „Key Biodiversity Area” strefom chronionym Hanang i Nou Forest.

Status ten przyznają eksperckie grupy naukowe działające pod auspicjami międzynarodowych organizacji ochrony przyrody. Gdy dany obszar trafi do rejestru, staje się priorytetem pod względem ochrony i finansowania. Pomoże to między innymi zabezpieczyć lasy Hanang i Nou Forest.

Chcesz dowiedzieć się więcej o wyprawach w Tanzanii?

Skontaktuj się z naszym zespołem. Znamy najważniejsze miejsca w całej Tanzanii. Nasi konsultanci wypraw, pracujący u podnóża Kilimandżaro, chętnie podpowiedzą i pomogą zaplanować podróż dopasowaną do Ciebie.

Zobacz więcej ciekawych artykułów