De geheimen van het metabolisme van de dieren tijdens de winterslaap zouden op een dag de menselijke geneeskunde kunnen helpen
In winterslaap in een toestand die lijkt op een schijndood, Arctische grondeekhoorns (Urocitellus parryii) ademen slechts één keer per minuut, en hun hart klopt vijf keer per minuut.
Arctische grondeekhoorns kunnen strenge winters met temperaturen onder het vriespunt overleven door ongeveer acht maanden op te hangen zonder te eten. Deze overwinteraars “leven op de meest extreme rand van het bestaan, zweven nauwelijks boven de dood, en we begrijpen niet helemaal hoe dit werkt”, zegt Sarah Rice, een biochemicus aan de University of Alaska Fairbanks.
Door te snuffelen over wat er in deze eekhoorns gebeurt, hebben onderzoekers nu een beter idee. Voedingsstoffen gerecycled uit spierafbraak helpen de dieren rond te komen tijdens de winterslaap, melden Rice en haar collega’s 7 december in Nature Metabolism.
Van herfst tot lente, Arctische grondeekhoorns (Urocitellus parryii) overwinteren in periodes van diepe slaap. In een toestand die lijkt op een onderbroken animatie, ademen de eekhoorns slechts één keer per minuut, en hun hart klopt vijf keer per minuut. Elke twee of drie weken leven de eekhoorns enigszins op gedurende ongeveer 12 tot 24 uur; hun lichaamstemperatuur stijgt en de dieren huiveren en slapen, maar eten, drinken of poepen niet.
Om de lichaamschemie van de dieren in de gaten te houden, “werkte ik in donkere, koude kamers – volkomen stil – omringd door overwinterende eekhoorns”, zegt Rice. Af en toe trok ze voorzichtig bloed uit een buis die in hun bloedvaten was ingebracht.
Tijdens de verdoving van de eekhoorns observeerden Rice en haar team een ​​chemisch signaal dat aantoonde dat skeletspieren langzaam aan het afbreken waren. Dat proces zou verbindingen vrijgeven die stikstof bevatten, een element dat belangrijk is voor het maken van de eiwitten die in spieren worden aangetroffen. Maar overwinteraars, inclusief deze eekhoorns, staan ​​erom bekend hun spiermassa vast te houden terwijl ze overwinteren (SN: 17/02/11). Dus vroegen de wetenschappers zich af of de eekhoorns tijdens de winterslaap nieuwe eiwitvoorraden opbouwen, en zo ja, hoe.
Het volgen van de stikstofstroom in de lichamen van de dieren leverde aanwijzingen op. De onderzoekers gaven de beestjes een cocktail van chemicaliën gelabeld met isotopen, vormen van elementen met verschillende massa’s. Daaruit bleek dat stikstof in aminozuren terechtkwam, de bouwstenen van eiwitten, die zich vormden in de spieren van de dieren en ook in de longen, nieren en andere delen van het lichaam tijdens die korte periodes tussen perioden van verdoving.
Door voedingsstoffen uit hun spieren te recyclen, onderhouden de eekhoorns zichzelf en vermijden ze ook een giftig gevolg van spierafbraak, zegt teamlid Kelly Drew, een neurochemicus ook aan de University of Alaska Fairbanks. Tijdens de winterslaap zou stikstof anders in ammoniak terechtkomen, dat mogelijk dodelijke niveaus zou kunnen bereiken. In plaats daarvan kunnen de eekhoorns die stikstof opnemen in nieuwe moleculen, zegt ze.
Andere studies hebben gewezen op een rol voor het microbioom – de microben die op en in dieren leven – bij het recyclen van stikstof terwijl dieren overwinteren, zegt James Staples, een milieufysioloog aan de Western University in Londen, Canada, die geen deel uitmaakte van het werk. Doorgaans ontstaat bij de afbraak van eiwitten uiteindelijk ureum, een stikstofhoudende chemische stof die wordt uitgescheiden. Microben kunnen dat ureum opvangen en de stikstof weer in het bloed afgeven. Maar bij de eekhoorns wordt de spier “afgebroken en vervolgens direct teruggevoerd naar deze aminozuren … het darmmicrobioom is misschien niet zo belangrijk als we dachten dat het was.”
Inzichten van winterslapers zouden ooit mensen kunnen helpen, zegt Sandy Martin, een biochemicus aan de University of Colorado School of Medicine in Aurora die niet bij het onderzoek betrokken was. “Hibernators zijn zo buitengewoon” in hun vermogen om omstandigheden te weerstaan ​​waar mensen extreem gevoelig voor zijn, zegt ze (SN: 19/12/17). Dieren zoals deze eekhoorns zijn bijvoorbeeld veel beter bestand tegen de schade die kan ontstaan ​​wanneer organen niet de nodige bloedstroom en zuurstof krijgen. En het benutten van een winterslaap-achtige aanpak zou voordelig kunnen zijn in gevallen waarin een langzamer metabolisme nuttig zou zijn, van routinematige operaties tot lange reizen in de ruimte, zegt ze.
