Парабиоз - Parabiosis
Парабиоз , что означает «жить рядом», представляет собой лабораторный метод изучения физиологии . Он объединяет два живых организма, которые хирургическим путем соединяются вместе для создания единой общей физиологической системы. Парабиоз используется при изучении таких областей, как ожирение , биологическое старение , исследование стволовых клеток , регенерация тканей , диабет , трансплантация органов , биология опухолей и эндокринология .
Он также может описывать общую экологию отдельных видов муравьев в колониях.
Физиология
Парабиотические эксперименты
.jpg)
Парабиоз объединяет два живых организма, которые соединяются хирургическим путем и образуют единые общие физиологические системы. Исследователи могут доказать, что система обратной связи у одного животного циркулирует и влияет на второе животное через обмен крови и плазмы.
Эксперименты с парабиотиками были впервые проведены Полом Бертом в середине 1800-х годов. Он предположил, что хирургически связанные животные могут иметь общую систему кровообращения. Берт был награжден премией экспериментальной физиологии Французской академии наук в 1866 году за свои открытия.
Одним из ограничений экспериментов является то, что беспородных крыс нельзя использовать, потому что это может привести к значительной потере пар из-за интоксикации кровоснабжения от другой крысы.
Открытие лептина и роли гипоталамуса в ожирении
Многие из экспериментов с парабиотиками с 1950 года связаны с исследованиями метаболизма. Один из этих экспериментов был опубликован в 1959 году Г. Р. Херви в Journal of Physiology . Этот эксперимент подтвердил теорию о том, что повреждение гипоталамуса , особенно вентромедиального гипоталамуса, приводит к ожирению, вызванному чрезмерным потреблением пищи. Крысы в исследовании принадлежали к одному помету, который несколько лет был закрытой колонией. Две крысы в каждой паре имели разницу в весе не более 3%. Крыс спаривали в возрасте четырех недель. В качестве контроля использовали непарных крыс. Крысы были соединены тремя способами. В ранних экспериментах между двумя крысами открывали полости брюшины и соединяли их. В более поздних экспериментах, чтобы избежать риска спутать кишечник двух крыс, были сделаны более мелкие надрезы. После дальнейшего уточнения экспериментальной процедуры брюшные полости не вскрывали, и крысы соединяли в тазобедренной кости с минимальным разрезанием. Чтобы доказать, что у двух животных была общая кровь, исследователи вводили краситель в вены одной крысы, и пигмент обнаруживался у соединенной крысы.
В каждой паре одна крыса страдала ожирением и гиперфагией. Вес крысы с хирургическим поражением быстро увеличивался в течение нескольких месяцев, а затем достиг плато как прямой результат хирургической процедуры. После процедуры крыса с нарушенным гипоталамусом жадно ела, а аппетит у пары снизился. Парные крысы явно похудели на протяжении всего эксперимента, даже отказываясь от еды, когда ее предлагали.
Более поздние исследования идентифицировали этот фактор сытости как гормон лептин, полученный из жировой ткани . В ходе экспериментов было доказано, что многие гормоны и метаболиты не являются фактором насыщения, из-за которого одна крыса голодала. Лептин казался жизнеспособным кандидатом. Начиная с 1977 года, Рут Б.С. Харрис, аспирантка Херви, повторила предыдущие исследования парабиоза у крыс и мышей. Благодаря открытию лептина, она проанализировала концентрацию лептина у мышей в экспериментах с парабиотиками. После инъекции лептина каждой паре мышей с ожирением она обнаружила, что лептин циркулировал между соединенными животными, но циркуляции лептина требовалось некоторое время, чтобы достичь равновесия. В результате инъекций почти немедленная потеря веса привела к парабиотическим парам из-за усиленного торможения. Приблизительно 50–70% жира терялось парами. Мышь с ожирением потеряла только жир. Худая мышь потеряла мышечную массу и жир. Харрис пришел к выводу, что уровень лептина повышен у тучных животных, но на них также могут влиять другие факторы. Кроме того, было установлено, что лептин снижает накопление жира как у тучных, так и у худых животных.
Ранние эксперименты с парабиотиками также включали исследования рака. В одном исследовании, опубликованном в 1966 году Фриделлом, изучалось влияние рентгеновских лучей на опухоли яичников. Для изучения опухолей соединяли двух взрослых самок крыс. Левая крыса была защищена, а правая крыса подвергалась воздействию высоких уровней радиации. Крысам давали контролируемое количество пищи и воды. 149 из 328 пар показали возможные опухоли яичников у облученных животных, но не у их партнеров. Этот результат соответствует предыдущим исследованиям на одиночных крысах.
Исследования старения
Хронические старческие болезни изучаются путем соединения более старшего животного с более молодым. Этот процесс, известный как гетерохронный парабиоз , использовался в исследованиях для изучения возрастных и связанных с заболеваниями изменений в составе крови, особенно протеома плазмы . Этот процесс можно использовать для исследования сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, остеоартрита и болезни Альцгеймера. По мере того как животные стареют, их олигодендроциты снижают неэффективность, что приводит к снижению миелинизации , вызывая негативное воздействие на центральную нервную систему (ЦНС). Джулия Рукх и другие исследователи использовали парабиоз для изучения ремиелинизации взрослых стволовых клеток, чтобы увидеть, может ли соединение молодых мышей со старшими мышами обратить или замедлить этот процесс. Две мыши были объединены в эксперименте, и демиелинизация была вызвана инъекцией старшим мышам. Эксперимент определил, что факторы молодых мышей обращали вспять демиелинизацию ЦНС у старых мышей, оживляя олигодендроциты. В моноциты от молодых мышей также повышается способность старых мышей, чтобы ясном миелина мусора , потому что молодые моноциты могут очистить липиды из миелиновых оболочек более эффективно , чем старые моноцитов. Соединение двух животных полностью изменило влияние возраста на миелинизирующие клетки. На способность клеток молодой мыши это не повлияло. Повышенный иммунитет у более молодых мышей также способствовал общему здоровью более старых мышей в каждой паре. Результаты этого эксперимента могут привести к терапевтическим процессам для людей с демиелинизирующими заболеваниями, такими как рассеянный склероз.
Натуральные примеры
Этот термин также применим к спонтанно возникающим состояниям, например, у сиамских близнецов .
Облигатное паразитарное размножение удильщиков семейства Ceratiidae , при котором кровеносные системы самцов и самок полностью объединяются. Без привязанности мужчин к женщинам эндокринные функции не могут созреть; особи не могут развиваться должным образом и умирают молодыми, не имея потомства.
Растения, растущие близко друг к другу, корни или стебли при тесном контакте иногда образуют естественные прививки. В паразитических растениях , такие как омелы и Dodder в гаусториях объединить кровеносную систему хозяина и паразита настолько тесно , что паразитные twiners , такие как Cassytha могут выступать в качестве векторов , несущих болезнетворных организмы от одного растений - хозяина к другому.
Экология
Общественные организмы делят гнезда
_(2).jpg)
Колонии муравьев могут делить свои гнезда с практически неродственными видами муравьев. Очевидно, у них не было ничего общего, кроме содержания гнезда, даже обособления от выводка, так что это были очень удивительные наблюдения; большинство муравьев радикально нетерпимы к злоумышленникам, обычно включая даже злоумышленников их собственного вида.
В начале 20 века Огюст-Анри Форель ввел термин «парабиоз» для обозначения таких ассоциаций, и он был принят такими людьми, как Уильям Мортон Уиллер . Кроме того, есть свидетельства разделения функций и неравного распределения работы между двумя видами в гнезде. Ранние сообщения о том, что колонии парабиотических муравьев кормятся и мирно кормятся вместе, также были квалифицированы наблюдениями, которые выявили, что муравьи одного вида в такой ассоциации агрессивно вытесняют представителей других видов из искусственно предоставленной пищи, а также получают прибыль, следя за их вербовочными тропами к новой пище. источники. Выгоды от защиты и обслуживания общего гнезда, даже если нет ни прямого сотрудничества, ни взаимодействия между двумя связанными популяциями в гнезде.
Этимология
Парабиоз происходит непосредственно от новой латыни , но латинский, в свою очередь, происходит от двух классических греческих корней. Первый - παρά ( пара ) для «рядом» или «рядом с». В современной этимологии этот корень появляется в различных смыслах, таких как «близкий к», «вне» и «другой».
- В физиологическом смысле слова «парабиоз» слово «пара», по-видимому, должно было означать «рядом».
- При описании временно неактивных физиологических состояний «пара» явно означает «вне».
- В экологическом использовании это слово было придумано энтомологом Огюстом-Анри Форелем как аналог « симбиоза », также в значении «рядом». Однако в данном случае ударение было в отличие от «вместе» («сим-»).
Второй классический греческий корень, от которого происходит латинское слово, - βίος ( биос ), что означает «жизнь».