środa, 19 styczeń 2022 23:01

O zaskakujących odkryciach

prof. UPP dr hab. Katarzyna Szkudelska przewodnicząca Rady Naukowej Dyscypliny Zootechnika i Rybactwo.

MZ: Zajmuje się Pani fizjologią i biochemią zwierząt. Proszę przybliżyć swoją działalność naszym czytelnikom.

Katarzyna Szkudelska: Reprezentuję dosyć duży zespół młodych naukowców, którzy zajmują się szeroko rozumianą regulacją metabolizmu, zarówno w kontekście fizjologicznym, jak i patologicznym. Ten drugi kontekst naszych badań odnosi się przede wszystkim do otyłości i cukrzycy, również insulinooporności. Koncentrują się one na poziomie in vitro, jak i in vivo. Badamy procesy w komórkach wykorzystując komercyjne linie komórkowe, ponadto pracujemy z komórkami, które sami izolujemy z tkanek zwierząt – np. laboratoryjnych, jak myszy i szczury, ale także świni, konia czy człowieka. Ważnym aspektem naszych działań naukowych są doświadczenia na żywych zwierzętach. Kompleksowe podejście pozwala na poznanie pełnego obrazu regulacji metabolizmu. Badania, które dotyczą ostatnich lat, związane są z odkrywaniem nowych czynników, które regulują metabolizm. Są to hormony peptydowe, które charakteryzują się działaniem nie tylko w tkankach, które kojarzymy z metabolizmem. Wydzielane są one m.in. w mózgu, stąd określa się je mianem neuropeptydów. Okazuje się, że jeśli chodzi o regulację homeostazy energetycznej, pobierania pokarmu, a pośrednio masy ciała, to bardzo wiele regulacji odbywa się właśnie na poziomie mózgu, a konkretnie na poziomie jednej z jego części – podwzgórza. Wiadomo, że na tym poziomie odbywa się także regulacja innych procesów, m.in. rozrodczych. Problemy z regulacją funkcji rozrodczych często towarzyszą chorobom metabolicznym. Dlatego nasze zespoły badają m.in. możliwość wpływu patologii takich jak otyłość i cukrzyca na regulację procesów związanych z rozrodem, właśnie na poziomie podwzgórza. 

szkudelskaOtyłość i cukrzyca, szczególnie cukrzyca typu 2, która jest wynikiem niewłaściwego sposobu życia: małej aktywności fizycznej i nieodpowiedniej diety, to choroby metaboliczne, których występowanie kojarzone jest z państwami o wysokim poziomie dobrobytu. Okazuje się jednak, że choroby metaboliczne to nie tylko domena krajów wysoko rozwiniętych i bogatych. Pojawiają się one także w krajach o niższym poziomie życia, bowiem żywność jest tam bardzo złej jakości. W społeczeństwach tych problemy związane z otyłością i cukrzycą niestety dynamicznie rosną. Ostatnia pandemia na pewno sprzyja niewłaściwemu odżywianiu, powoduje, że jesteśmy mniej aktywni fizycznie i dostarczamy organizmowi nadmiar energii w posiłkach, które spożywamy. Można więc przypuszczać, że przyczynia się do dalszego wzrostu występowania chorób metabolicznych. Duży wzrost liczby chorych na cukrzycę dotyczy także naszego kraju – mamy obecnie ponad 3 miliony chorych na cukrzycę. Problem jest więc ciągle aktualny. 

Do tkanek zaangażowanych w regulację metabolizmu, których patologia związana jest z występowaniem cukrzycy należy wątroba, tkanka mięśniowa i tkanka tłuszczowa. Co ciekawe – do lat 90. tkanka tłuszczowa była uważana jedynie za rezerwuar energii gromadzonej po spożyciu posiłku i uruchamianej w momencie, kiedy nic nie jemy lub kiedy podejmujemy wysiłek fizyczny. Dopiero od lat 90., kiedy zidentyfikowano pierwszy hormon wydzielany przez tkankę tłuszczową, zaczęła ona być postrzegana również jako narząd wydzielniczy. Obecnie znanych jest kilkaset różnych czynników wydzielanych przez komórki tłuszczowe i nieustannie odkrywane są kolejne. Czynniki te mają bardzo istotne znaczenie dla regulacji wielu procesów w całym organizmie, w tym w regulacji metabolizmu.

Wracając do tematu nowych aktywnych peptydów – jest ich coraz więcej – od mniej więcej 2000 roku obserwuje się dynamiczny wzrost odkryć w tym zakresie, oczywiście nie tylko w tkance tłuszczowej.

MZ: Proszę powiedzieć, czy my przeżywamy jakiegoś rodzaju ewolucję?

KS: To nie jest związane z ewolucją. Dynamika w zakresie tych odkryć związana jest raczej z nowoczesnymi narzędziami badawczymi. Nie są to już klasyczne sposoby, gdzie musimy wykonać jakieś eksperymenty, mieszać coś w probówce. Obecnie równie często korzysta się z metod bioinformatycznych. Odkryte w ten sposób zostały niektóre z peptydów, na przykład speksyna. W przypadku peptydów o stosunkowo prostej budowie, metody bioinformatyczne w zupełności wystarczają, żeby określić ich potencjalną aktywność, czy możliwość wiązania z receptorem. Moi współpracownicy konsekwentnie zdobywają finansowanie na badania, których przedmiotem jest poznanie działania tych peptydów. Nasze możliwości w zakresie prowadzenia eksperymentów są bardzo szerokie – laboratoria mamy bardzo dobrze wyposażone. Posiadamy także liczne kolekcje komórek aktywnych metabolicznie i endokrynnie, zarówno komórki trzustki, jak i komórki tłuszczowe i mięśniowe, a także, jak już wcześniej wspomniałam, pozyskujemy je też od zwierząt. Mamy możliwości oraz procedury, które pozwalają na badanie wszystkich tych typów komórek. 

Nasze zespoły wyjaśniły już mechanizmy działania wielu peptydów w komórkach związanych z metabolizmem. Wiemy, w jakim zakresie wybrane peptydy wpływają na adipogenezę (powstawanie nowych komórek tłuszczowych), na gromadzenie lipidów w komórkach tłuszczowych, czy też na ich uwalnianie z komórek. Wykazaliśmy także, że komórki tłuszczowe produkują różne aktywne peptydy, a także, że mają receptory, dzięki którym określone peptydy mogą na te komórki oddziaływać. Zaobserwowaliśmy również, że mogą one modyfikować aktywność wydzielniczą komórek i wysp trzustkowych. Analizy prowadzimy też oczywiście na poziomie molekularnym. 

Wyniki badań in vitro stanowią następnie podstawę badania tych regulacji w układzie bardziej złożonym – na poziomie organizmu – a więc in vivo. By takie doświadczenia in vivo móc przeprowadzić, trzeba spełnić bardzo wymagające warunki komisji etycznej. Uzyskujemy jednak akceptację naszych wniosków – obecnie badania są prowadzone w zakresie analizy działania kilku peptydów. Zazwyczaj do badań wybieramy te peptydy, które dobrze rokują jako biomarkery. Mogą one być następnie testowane jako związki będące potencjalnym celem terapii w otyłości, insulinooporności czy cukrzycy. Mamy spore sukcesy w zakresie tych badań – wyniki publikujemy w prestiżowych  czasopismach i spotykają się one z dużym zainteresowaniem.

Ważnym aspektem naszych badań in vivo są różnice płciowe w aspekcie rozwoju otyłości. Dane WHO wskazują na to, że jeżeli chodzi o np. o otyłość olbrzymią, bardziej podatne są na nią kobiety niż mężczyźni i właśnie wśród kobiet występuje najwięcej przypadków tego rodzaju otyłości. Ich liczba dynamicznie rośnie w ostatnich latach. Widzimy więc, że płeć jest istotną zmienną w badaniach nad otyłością. Dotychczas wykorzystywano w badaniach samce, lecz w związku ze wspomnianymi zależnościami, obecnie bardzo mocno zwraca się uwagę na to, żeby badaniom podlegały również samice. W kontekście podatności osobników płci żeńskiej na otyłość olbrzymią, paradoksalny może wydać się fakt, że żeńskie hormony – estrogeny – ograniczają nadmierny przyrost tkanki tłuszczowej i gromadzenie w niej lipidów. Są to kwestie, które wymagają jeszcze wyjaśnienia. Jedna z naszych koleżanek bada w jaki sposób otyłość i cukrzyca zmieniają funkcje neuronów, które zaangażowane są w regulację procesów rozrodczych, tzw. neuronów KNDy. Nazwa tych neuronów jest związana z trzema charakterystycznymi neuropeptydami wydzielanymi przez neurony w podwzgórzu, między innymi z kisspeptyną. Wyniki badań wykazały różnice płciowe w funkcjonowaniu neuronów KNDy w cukrzycy typu 2. Przy okazji kisspeptyna okazała się również aktywnym peptydem w regulacji metabolizmu.

Podsumowując, istnieją wzajemne zależności pomiędzy regulacją metabolizmu, homeostazy energetycznej i procesów rozrodczych, a w przypadku samic ich poznanie ma szczególne istotne znaczenie – coraz częściej spotyka się choroby związane występowaniem zaburzeń funkcji układu rozrodczego wynikające z patologii metabolicznych, np. u człowieka znany jest, towarzyszący otyłości, zespół policystycznych jajników. Nasze zespoły, we współpracy z innymi jednostkami badawczymi w kraju, wykorzystując szczurzy model tej choroby, podejmują badania w celu poznania funkcji niektórych neuropeptydów w regulacji jej patofizjologii.

Niestety – osób z chorobami metabolicznymi ciągle przybywa, a ich przewlekły charakter wiąże się z rozmaitymi powikłaniami, nie tylko ze strony układu rozrodczego, ale także wielu innych narządów. 

MZ: No właśnie. Czy są jakieś przeciwdziałania?

KS: Jedyny skuteczny sposób, to zmiana naszych przyzwyczajeń. Nie da się ograniczyć procesów chorobowych bez drastycznej zmiany stylu życia, właściwej diety oraz większej aktywności fizycznej. Żadne inne działania nie mogą pomóc, jeżeli się nie zacznie od tych zmian. Natomiast, jeżeli chodzi o peptydy, o których powiedziałam, to odpowiednio opracowane terapie z ich wykorzystaniem, bądź regulujące ich aktywność w organizmie, będą mogły wspomagać interwencje u tych osób, u których choroby postępują i trudno odwrócić proces chorobowy. 

Jeszcze krótko powiem o badaniach, którymi zajmują się inni naukowcy naszej jednostki – zespół histologów. Koncentrują się one m.in. na badaniu budowy narządów zwierząt pod kątem ich adaptacji do różnych warunków w tym np. sposobów odżywiania – takie analizy są istotne z punktu widzenia masowej produkcji mieszanek paszowych. Wykonuje się badania, w których porównuje się mikrostrukturę i ultrastrukturę narządów pokarmowych, np. języka u indyka. Dzięki tym  informacjom można potem dobierać odpowiednią paszę dla tych zwierząt. Dowiadujemy się, jak ona powinna być podana i uformowana, żeby przyswajalność składników pokarmowych była jak najlepsza. Dzięki nowoczesnym technikom mikroskopowym struktury te można poznać na bardzo detalicznym poziomie, a dziedzina taka jak anatomia zyskuje nowy, ściśle użytkowy wymiar.

MZ: Może opowie Pani dokładniej o swoim ostatnim projekcie.

KS: Moje badania nie dotyczą takich związków, które odkrywane są w organizmie, czyli endogennych, ale związków, które pochodzą z zewnątrz – egzogennych. Zajmuję się m.in. badaniem działania związków pochodzenia roślinnego. Ostatnio badałam związek o nazwie resweratrol. Jest on obecny w niektórych roślinach, m.in. w winogronach, a konkretnie na ich skórkach, choć większe jego ilości znajdują się w czerwonym winie, a więc już po przetworzeniu winogron. Jednak najbogatszym źródłem tego związku jest rdestowiec ostrokończysty, Polygonum cuspidatum, w szczególności korzeń tej rośliny. Resweratrol ma wielokierunkowe działanie i jest szeroko wykorzystywany. Działa praktycznie we wszystkich układach naszego organizmu – wspomaga pracę układu krwionośnego, ogranicza rozwój chorób neurodegeneracyjnych i ma  istotny wpływ na metabolizm. Zajmowałam się wpływem tego związku najpierw w badaniach in vitro określając jego działanie na metabolizm komórek tłuszczowych, natomiast kolega z zespołu testował równolegle wpływ resweratrolu na wyspy trzustkowe, czyli struktury zaangażowane m.in. w wydzielanie insuliny. Na podstawie wyników tych badań rozpoczęliśmy doświadczenia in vivo z wykorzystaniem tego związku. Udało nam się pozyskać finansowanie na badania związane z bardzo nietypowym modelem cukrzycy – wykorzystywaliśmy model szczurów z cukrzycą typu 2, które nie były otyłe. Model ten jest rzadziej wykorzystywany w badaniach – zazwyczaj bowiem cukrzycę typu 2 wiążemy z otyłością. Okazało się, że resweratrol był bardzo aktywny u tych zwierząt. Chore szczury, pomimo, że nie rozwijały otyłości, to charakteryzowały się podwyższonym poziomem lipidów w takich tkankach jak mięśnie i wątroba, czyli w tkankach bardzo aktywnych w regulacji metabolizmu. Obserwowaliśmy także zwiększone procesy zapalne w tych tkankach. Resweratrol przywrócił prawidłowe parametry u tych zwierząt i obniżył insulinooporność. Za najważniejszy wynik moich badań uważam odkrycie wpływu resweratrolu na mięśnie chorych zwierząt. Jest to jedna z istotniejszych tkanek, której dysfunkcja ma kluczowe znaczenie w przebiegu cukrzycy. Jeżeli mięśnie nie reagują prawidłowo na insulinę, rzutuje to w największym stopniu na organizm, gdyż jest to tkanka która stanowi największą masę. Resweratrol w istotny sposób obniżył gromadzenie się tłuszczu w mięśniach oraz parametry stanu zapalnego, i przywrócił prawidłową wrażliwość na insulinę w tej tkance. 

MZ: Czyli wynaleziono jakiś rewelacyjny lek?

KS: Jeśli chodzi o resweratrol jest to sprawa dosyć skomplikowana. Preparaty zawierające resweratrol są komercyjnie dostępne, ale są to tylko suplementy. Resweratrol w zależności od tkanki może działać poprzez inne mechanizmy. Problem w tym, że jeżeli jakiś lek ma zostać dopuszczony do stosowania u ludzi, to jego działanie musi być zdefiniowane. W przypadku resweratrolu nie da się jednoznacznie zdefiniować mechanizmu jego działania, stąd można jedynie zalecać jego spożywanie i najlepiej w naturalnej postaci, np. w pokarmie czy napojach. W latach 90. XX wieku opublikowano badania epidemiologiczne przeprowadzone we Francji, na dość dużej grupie mężczyzn w średnim wieku spożywających tłuste posiłki, palących papierosy i pijących czerwone wino. Badano rozwój problemów z układem krążenia i związaną z nimi śmiertelność. Okazało się, że w stosunku do grupy kontrolnej, która różniła się tym, że wina nie spożywała, mężczyźni pijący wino byli znacząco mniej narażeni na rozwój choroby niedokrwiennej serca i związaną z nią śmiertelnością. Zjawisko zostało nazwane „francuskim paradoksem” i takie określenie istnieje dziś w literaturze naukowej. Od tego momentu badania nad resweratrolem zaczęły się dynamicznie rozwijać. Chociaż w winie jest bardzo niewiele tego związku, to jednak zawiera ono jeszcze około trzydziestu innych związków podobnych do resweratrolu, które, tak jak on, należą do tzw. polifenoli. Ich pozytywne efekty działania prawdopodobnie sumują się po spożyciu wina. Staje się więc ono zdrowszą alternatywą w porównaniu z innymi trunkami. Liczne badania wskazują, że taki addytywny efekt działania kilku związków w mieszaninie jest czasami bardzo spektakularny. 

Warte uwagi

Organizujemy eventy firmowe

event1

Dom Wydawniczy Netter – wydawca magazynu Merkuriusz Polska prowadzi również działalność w obszarze organizowania konferencji, zjazdów, jubileuszy oraz „lecia” firm. Możemy pochwalić się ciekawymi rozwiązaniami, pełnym oddaniem w realizację danego projektu i fantazją. Najważniejszy dla nas jest zleceniodawca i to jemu służymy całą naszą wiedzą, dlatego uważamy, że warto być właśnie z nami.

Więcej…

 © Merkuriusz Polska | Redakcja: tel. +48 501 180 575, +48 515 079 888, Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.