ジョセフ・ウー博士は光合成が大好きです。 そして正当な理由：植物はパンダほど可愛くないかもしれませんが、地球上のここにいる私たち全員が生きていて呼吸しているのは化学錬金術のおかげです。 微細な植物プランクトンからそびえ立つレッドウッドまで、これらのスーパーヒーローは二酸化炭素と日光を取り込み、奇跡的に酸素と砂糖を生成することで私たちを生き続けます。
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しかし、ウー博士が光合成を愛するもう一つの理由があります。 心臓発作を起こした場合、損傷した組織の修復をすぐに開始するために心臓が必要とするものが2つあります。酸素と砂糖です。 現在、スタンフォード大学の教授で心臓外科医であるウー博士は、私たちの最も小さな光合成の友人の何人かを使って、私たちの心を癒す方法を見つけたと考えています。
サイエンスアドバンスで今週発表された研究で、ウー博士と彼のチームは、彼らが血液を光合成を利用する植物のような微生物である微細なシアノバクテリアでうまく置き換えたことを示しています。 損傷した心臓組織の治癒に役立つプロセスを採用することで、チームはラットを致命的な心不全から保護することができました。 病んでいる心を直すことは、状況に光を当てるのと同じくらい簡単かもしれません。
心臓発作は毎年735, 000人のアメリカ人を襲い、心臓病は世界一のキラーです。 心臓発作は、何かが心臓への血流を妨げ、酸素がこの重要な筋肉に到達するのを遮断するときに起こります。 心臓専門医にとって、その後の心不全を防ぐための課題は、損傷した心臓組織に酸素と栄養素を迅速に供給することです。 しかし、「自然を見れば、光合成がその質問に答えます」と、スタンフォード医学のポスドク研究員で研究の筆頭著者であるジェフリー・コーエン博士は述べています。
損傷した心臓が光合成である場合、酸素と糖を組織に再供給するために血液に頼る必要はないだろうとコーエン博士は言います。 必要なのは太陽だけでした。 「血液ではなく、光を燃料源にできるようになります」とコーエン博士は言います。 悲しいかな、心臓は植物ではありません。 そこで、研究者たちは次善策を試みました。植物様細菌を注入することです。
ウー博士と彼のチームは、よく知られた実際の植物を試すことから始めました。「ケールとほうれん草をすりつぶします」と彼は言います。 彼らは各植物細胞内の光合成オルガネラである葉緑体を分離しようとしていましたが、一度分離するとすぐに不活性になることがわかりました。 その代わりに研究者が必要としていたのは、心臓のミニチュア温室として機能できる自己完結型の光合成機でした。
シアノバクテリアを入力してください。 これらの小さな生物は、二酸化炭素と水を取り込んで酸素を吐き出すことで生計を立てています。 海では、彼らは食物連鎖の基盤にあり、他の空腹な生物によってすぐに利用される酸素と糖を作ります。 カリフォルニア大学アーバイン校の生態学および進化生物学の教授であり、 シネココッカスと呼ばれる一般的なタイプのシアノバクテリアを研究しているアダム・マーティニーは、「彼らは他のすべてのライフラインとして機能します」と述べています。
スタンフォードの微生物学者の助けを借りて、ウー博士と彼のチームは研究室でシネココッカス株を育て、生きたラットの損傷した心臓組織に注入しました。 それから、彼らは明かりをつけた。 20分後、彼らは損傷した地域で代謝の増加を見ました。 全体的な心臓のパフォーマンスは約45分後に改善しました。 証拠は、光合成によって作られた酸素と糖のSynechococcusが組織修復を促進していることを示唆しました。
生きているバクテリアを体の器官に注入した後、あなたは感染を予期するかもしれません。 しかし興味深いことに、研究者たちは1週間の監視の後に免疫反応を見つけられませんでした。 「バグはもう存在していませんが、消えています」とウー博士は言います。 「そして、おそらくそれが最良の種類のバクテリアです」-ダメージコントロールを行うためにくっついて、痕跡もなく消えてしまうフレンドリーなヘルパー。
この手順を実行可能な治療法とすることの潜在的な問題の1つは、そのタイミングと複雑さです、と研究に関与しなかったテキサス州ヒューストンの心臓発作予防および撲滅協会のMorteza Naghavi会長は述べています。 心臓発作の治療は時間との戦いであり、患者がシアノバクテリアを心臓に注入するために装備された特別な施設に移される頃には、手遅れになるかもしれません。 「それには膨大な投資と技術が必要です」とNaghavi博士は言います。
しかし、研究者たちが1カ月後に治療を受けたラットの心臓がまだ健康であるという事実は、有望な結果である可能性があります。 「すべてが研究者の望む通りに進むと、[心臓発作]を経験した人にとって大きな治療になるでしょう」とNaghavi博士は言います。 「それはワイルドなアイデアです」-しかし、それはうまくいくかもしれません。
ウー博士と彼のチームは、 Synechococcusが心臓発作によって悪化した化学式のバランスをとる理由を説明しています。 食物の燃料として光を使用することは、人間の心臓にとって斬新な概念かもしれませんが、自然の生息地におけるシアノバクテリアにとっては古い帽子です。
アーバインの環境微生物学者であるMartinyは心臓病専門医の創意工夫に感銘を受けましたが、シアノバクテリアが生命にとってどれほど重要であるかという考えは新しいものではありません。 環境微生物学者は、 シネココッカスのようなシアノバクテリアを研究しています。なぜなら、彼らは地球環境に非常に深く影響しているからです。 「この場合は非常に文字通りです。しかし、私たちが呼吸する酸素の半分が植物プランクトンに由来することを考えると、海でも非常に文字通りです。」
「このような小さな生物を使ってシステム内の廃棄物を浄化できるのは魅力的でした」と彼は付け加え、研究におけるシアノバクテリアがどのように二酸化炭素の蓄積を吸収し、自然のように光合成にそれを使用したかについて言及しました。 「彼らは私たちが生きるために海で行うのと同じように酸素を供給します。」
最近の研究は概念実証にすぎませんが、科学者は現在、被験者を対象にこの技術を試す道を歩んでいます。 次に、人間に近い大型の動物モデルでそれを試し、開心術なしでシアノバクテリアに光を当てて照射する方法に取り組んでいます。 彼らは、生物がより多くの砂糖を放出するように、 Synechococcusを遺伝的に編集することさえ考えています。
多くの心臓専門医にとって、問題の根源は、心臓発作が発生した後に管理することではなく、そもそも心臓発作を予防することにあります。 「馬が盗まれた後、納屋に鍵をかけようとするような心臓発作後の患者の治療」とナガヴィ博士は言い、ほとんどの治療は最終的な心不全を遅らせるだけだと指摘します。 しかし、非常に多くのアメリカ人が心臓発作に苦しんでおり、今後もそうなる可能性が高いことを考えると、回復に役立つ革新的な治療法を開発することは、まだ努力の価値があります。
彼は、シアノバクテリアを使用して血液を交換しようとすることはありそうにないことでも、命を救うことができると彼は言います。 彼が言うように、挑戦は「私が軽く取るものではありません。」
