Храната стимулира клетките на мухата да се делят, позволявайки на червата да расте в отговор на диета. | Кредит за изображение: Луси О'Брайън

променят

Нашето тънко черво, наред с други органи, е ковък; тя се променя по размер в зависимост от това колко ядем. Въпросът беше как тялото регулира този растеж.

За да разберат, инженер и биолог използват микро-устройство, подобно на балон, за да отговорят на този въпрос при плодови мухи. Те се надяват да изолират фактори, които регулират промените в растежа на тънките черва, с потенциални дългосрочни въздействия върху изследванията на човешкото здраве. „Дори като напълно израснали възрастни животни, телата ни непрекъснато се адаптират. Разбирането как зрелият орган усеща нуждата от растеж е важен въпрос в биологията “, каза Люси О’Брайън, асистент по молекулярна и клетъчна физиология.

Адаптивна черва

Както при плодовите мухи, така и при хората, храненето стимулира чревните клетки да отделят хормон, тясно свързан с инсулина, който помага на клетките на тялото да поемат захар. Този роднина на инсулин, произведен от червата, активира деленето на стволови клетки, разширявайки червата, за да могат да поемат повече храна. Червата на гладна муха или човек, обратно, ще се свият. Този процес е обратим и повторяем, което позволява на организмите да се адаптират към променящите се условия на околната среда. Поддържането на големи черва, когато храната не е на разположение, е енергийно разточително.

Докато ролята на инсулиноподобния хормон в регулирането на растежа на червата се разбира, това, което причинява освобождаването му, не е. Предишни изследвания не са успели да разграничат дали хормоните се генерират в резултат на физическата сила на разтягане на червата или усещането за хранителни вещества.

За да раздразни причините, О’Брайън се обедини с Бет Пруит, доцент по машиностроене. Двамата получиха безвъзмездна помощ за програма за интердисциплинарни инициативи на Stanford Bio-X за своя проект „Чувство в червата: механични и химиосензорни входове, контролиращи адаптивния чревен растеж“.

„Свръхсилата на Бет разработва устройства с микромащаб, с размерите на една клетка или парче тъкан, които могат да доставят механични сили на тъканите и да разгледат реакцията“, каза О’Брайън.

Малки балони

O’Brien и Pruitt са предложили да се създаде „микробалон в червата“ за изследване на адаптивните чревни реакции при плодовите мухи. Микробалонът, малко устройство, подобно на тръба, ще бъде вмъкнат в парче от муха черва, плаващо в медийна баня. Веднъж поставена, тръбата може да се използва за доставяне на хранителни вещества или за издухване като балон, създавайки натиск вътре в червата.

„Във вселената на възможностите инсулиноподобният сигнал се включва или от усещането на хранителни вещества, или от разтягането на механичните сили на червата. Използвайки тези инструменти от инженерството, ние можем да изолираме потенциалните причини и да тестваме всяка една “, каза О’Брайън.

Безвъзмездните средства ще помогнат на изследователите да разработят прототипи за микробалона, които те биха могли да използват в по-късни проучвания на адаптивния растеж.

Проста генетика

Използвайки плодови мухи, O’Brien и Pruitt се надяват първо да се справят с концептуалния проблем за разбирането на това как работят адаптивните реакции на органи. Това изследване в крайна сметка може да се приложи и при хората.

„Плодовите мухи са страхотни, защото техният геном е много по-прост, отколкото при бозайниците. Бозайниците имат много инсулинови рецептори, но плодовите мухи имат само един “, каза О’Брайън.

Тази простота на генома би позволила на изследователите лесно да генерират мутантни мухи. Ако експериментът с микробалон предполага, че определено хранително вещество кара червата да освобождават инсулиноподобния хормон, учените могат да проследят, като произведат мутантни мухи без рецептор за това хранително вещество. Виждайки отговора на мутантните мухи, изследователите могат да изолират отделни рецептори и да определят какво хранително вещество причинява растеж на червата.

В крайна сметка това изследване може да се разшири до приложения в по-големите организми и в крайна сметка хората. Например констатациите могат да се използват за стимулиране на растежа на червата, за да помогнат на хората със синдром на късото черво, чиито необичайно къси черва ограничават способността им да абсорбират хранителни вещества. Изследването може да се приложи и в обратната посока: за забавяне на растежа на червата и ограничаване на усвояването на калории при тези със затлъстяване.

Бет Пруит, доцент по машиностроене в Станфордския университет