Výzkum hadů a lidské střevní regenerace

Lidský trávicí systém je složitý a vysoce adaptivní orgán, který si udržuje svou funkci nepřetržitým procesem střevní regenerace. Tato biologická schopnost zajišťuje, že se výstelka střeva neustále obnovuje, což umožňuje účinné trávení a vstřebávání živin. Nedávný výzkum jedinečných regeneračních schopností hadů, zejména hroznýšů a krajt, přinesl nové poznatky o regeneraci střev člověka, zejména gastrointestinálních onemocněních.

Základy regenerace střev u člověka

U lidí je regenerace střevní výstelky pomalý, ale stálý proces. Střevo je vystláno typem kmenových buněk, které se nacházejí v malých kapsách známých jako střevní krypty. Tyto střevní krypty se nacházejí ve stěnách střev. Tyto krypty jsou zodpovědné za produkci nových buněk, které nahrazují staré nebo poškozené buňky, udržují integritu střevní výstelky a zajišťují, že zvládne každodenní stres spojený s trávením a vstřebáváním živin.

Tento proces probíhá nepřetržitě, ale rychlost nahrazování střevních buněk je relativně pomalá ve srovnání s jinými zvířaty, jako jsou někteří plazi. Tato buněčná regenerace hraje klíčovou roli při ochraně střeva před nemocemi a poškozením způsobeným faktory, jako je stres, infekce nebo problémy související se stravou. Pochopení tohoto procesu je životně důležité pro zlepšení léčby gastrointestinálních onemocnění, jako je Crohnova choroba, celiakie a dokonce kolorektální rakovina.

Extrémně rychlá střevní regenerace u hadů

Na rozdíl od lidí mají někteří hadi, jako jsou hroznýši a krajty, udivující schopnost důkladně a extrémně rychle regenerovat svá střeva po dlouhém půstu. Tito plazi mohou bez jídla přežít týdny, během kterých se jejich střeva zmenšují a stávají se téměř nefunkčními. Jakmile však tito plazi zkonzumují potravu, jejich střeva se rychle regenerují, přičemž střevní hmota se během pouhých 48 hodin více než zdvojnásobí. Tento rychlý proces obnovuje většinu střevních buněk a struktur potřebných k trávení a vstřebávání potravy.

Tento jev je zvláště nápadný, protože hadi jako krajty nemají střevní krypty – struktury, které řídí regeneraci u savců. Navzdory tomu dosahují hadi mimořádného regeneračního růstu v reakci na krmení. Tato rychlá obnova střevních funkcí je doprovázena velkým posunem v celkové fyziologii a metabolismu hadů, což jim umožňuje efektivně trávit velká jídla po dlouhém půstu.

Poznatky z výzkumu hadů

Tým výzkumníků z Texaské univerzity v Arlingtonu, UT Southwestern Medical Center a University of Alabama provedl podrobnou studii regeneračního procesu u krajt pomocí sekvenování genů RNA. Tato studie odhalila, že i přes nepřítomnost střevních krypt aktivují krajty konzervované buněčné dráhy. Tyto dráhy jsou biologickými signálními cestami a vyskytují se také u lidí. Tyto dráhy jsou nezbytné pro regulaci reakce těla na dostupnost živin a jsou aktivovány jedinečnými způsoby u hadů, aby se usnadnila rychlá regenerace.

Jedním z nejzajímavějších objevů tohoto výzkumu bylo, že některé z těchto cest se podobají drahám aktivovaným u lidí po určitých metabolických operacích, jako je Roux-en-Y žaludeční bypass, chirurgická metoda používaná k léčbě obezity a diabetu 2. typu. Tato podobnost naznačuje, že studium regenerace střev u hadů by mohlo poskytnout pohled na to, jak lidská střeva reagují na změny v metabolismu, dostupnosti živin a stresu, což může potenciálně zlepšit léčbu široké škály poruch trávení.

Úloha BEST4+ buněk při regeneraci střev

Významný aspekt tohoto výzkumu se zaměřil na roli specifického typu střevních buněk, nazývaných BEST4+ buňky. Tyto buňky jsou přítomny jak u krajt, tak u lidí, ale chybí zejména u běžně studovaných savců, jako jsou myši. Studie zjistila, že BEST4+ buňky působí jako centrální regulátory během raných fází regenerace tím, že podporují transport lipidů a metabolismus. To jsou kritické funkce při obnově střevní výstelky.

U lidí tyto buňky pravděpodobně hrají důležitější roli, než se dříve myslelo. Pochopení příspěvku těchto buněk ke zdraví střev by mohlo otevřít nové terapeutické cesty pro léčbu střevních a metabolických onemocnění, a to zaměřením na tyto klíčové buňky a jejich funkce.

Důsledky pro lidské zdraví

Studium regenerace hadího střeva rozšířilo naše znalosti o tom, jak se různá zvířata vyvinula, aby zvládla stejné fyziologické problémy různými způsoby. Tím, že se vědci dozví více o tom, jak hadi regenerují svá střeva bez přítomnosti střevních krypt, mohou nyní prozkoumat, jak podobné cesty fungují u lidí, a identifikovat potenciální cíle pro lékařskou léčbu.

Tento výzkum je zvláště důležitý pro zlepšení léčby gastrointestinálních stavů, jako je Crohnova choroba, celiakie a některé druhy rakoviny, kde je regenerace a oprava střev kritické. Může také vést k novým poznatkům o tom, jak se lidské tělo přizpůsobuje významným změnám ve stravě, metabolismu a dokonce i stresu.

Porozumění biologii extrémní regenerace střev by navíc mohlo být klíčové při řešení metabolických onemocnění, jako je diabetes, kdy je narušena schopnost těla reagovat na změny v dostupnosti živin. Studium toho, jak hadi regulují tyto procesy, by mohlo odhalit nové terapeutické cíle pro zlepšení lidského metabolického zdraví.

Zdroj informací: Aundrea K. Westfall a kol. [Single-cell resolution of intestinal regeneration in pythons without crypts illuminates conserved vertebrate regenerative mechanisms, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024)]. DOI: 10.1073/pnas.2405463121