Что, если бы ученые могли изучать психические заболевания человека на растениях? Йельские исследователи считают, что это возможно, и они сделали важный первый шаг. В исследовании, опубликованном 2 июня в Cellular and Molecular Life Sciences, они исследовали ген, очень похожий как у растений, так и у млекопитающих, и рассмотрели, как он влияет на поведение каждого из них.
Тамас Хорват, профессор сравнительной медицины Джин и Дэвида Уоллесов и старший автор исследования, некоторое время размышлял об этой возможности.
«Несколько лет назад я начал интересоваться идеей, что каждый живой организм должен иметь некоторую гомологию, некоторое сходство в том, как они выглядят или что они делают», — сказал он.
Когда он начал изучать поведение и митохондрии — специализированные структуры внутри клеток, вырабатывающие энергию, — эта идея постоянно возвращалась к нему. Он думал, что если бы можно было изменить митохондриальные гены у животных и посмотреть, какие изменения в поведении, а затем попробовать то же самое с аналогичными генами у растений, то в конечном итоге можно было бы лучше понять поведение человека, изучая растения. Если вы сделаете еще один шаг в этой идее, сказал Хорват, возможно, можно будет, например, разработать растение, похожее на шизофреник.
«Если бы вы могли разработать такую модель, это означало бы, что у вас были бы альтернативные виды, а не только млекопитающие, с помощью которых можно исследовать аспекты человеческого поведения», — сказал Хорват, отметивший, что цель сравнительной медицины — увидеть, как — человеческие модели могут быть использованы для изучения человеческого состояния.
Для этого исследования Хорват и его коллеги изучили митохондриальный ген (Friendly Mitochondria, или FMT), обнаруженный у небольшого цветкового растения, называемого Arabidopsis thaliana, и очень похожий ген (Clustered mitochondria homolog, или CLUH), обнаруженный у мышей.
Митохондрии регулируют важные функции, такие как обмен веществ, и имеют решающее значение для поддержания здоровья. Как у растений, так и у людей дисфункциональные митохондрии могут влиять на развитие и приводить к заболеваниям, включая нейродегенеративные заболевания , такие как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона и шизофрению у людей.
Для исследования исследователи сравнили типичные растения, растения без FMT и растения со сверхактивным FMT, чтобы лучше понять роль гена. Они обнаружили, что это влияет на многие важные характеристики, включая прорастание или прорастание семян, длину корня, время цветения и рост листьев.
Они также рассмотрели два важных поведения растений.
Первой была реакция на солевой стресс. Слишком много соли может убить растения, поэтому они выработали поведение, чтобы избегать ее. Когда в окружающей среде избыток соли, растения, как правило, останавливают прорастание, задерживают цветение и нарушают рост корней. Исследователи обнаружили, что FMT имеет решающее значение для такого поведения, связанного с избеганием соли.
Второй тип поведения растений, который они исследовали, известен как гипонастическое поведение — движения, основанные на циркадных ритмах. «На растения огромное влияние оказывают циркадные ритмы, потому что свет является для них важнейшим источником энергии», — сказал Хорват.
Для арабидопсиса гипонастическое поведение включает в себя то, как его листья двигаются в течение дня и ночи. Днем его листья более плоские и больше подвержены воздействию солнца. Ночью, когда нет солнечного света, листья поднимаются вверх. Хорват и его коллеги обнаружили, что FMT также играет важную роль в этом поведении, регулируя как сильно, так и быстро движение листьев.
Чтобы связать это с млекопитающими, исследователи оценили поведение различных мышей, сравнив типичных мышей с теми, у которых снижен CLUH, ген, очень похожий на FMT. Используя поведенческий тест, в котором мышей помещают в открытую среду, они заметили, что мыши с меньшим количеством CLUH были медленнее и преодолевали более короткие расстояния, чем их собратья.
«У мышей была такая же реакция, как и у растений, с измененной скоростью и общей двигательной активностью», — сказал Хорват. «Это рудиментарно, но все же указывает на то, что у вас могут быть митохондриальные механизмы, которые расшифровывают сходные функции у растений и животных».
По его словам, хотя предстоит еще много работы, это захватывающий первый шаг. Такие растения, как арабидопсис и млекопитающие, имеют несколько схожих генов и клеточных процессов , а не только FMT и CLUH.
«Долгосрочная цель состоит в том, чтобы разработать своего рода словарь, который каталогизирует эти сходства между растениями и животными и использовать его для более четкой постановки исследовательских вопросов», — сказал Хорват. «Возможно, это растение может служить дополнительным модельным организмом для поведенческих исследований в будущем».
