Proč hladovým mouchám stačí méně spánku?

Nová studie (Thimgan et al. 2010) zjistila, že nižší hladiny lipidů způsobují delší bdění hmyzu.

Doplnění energie příjmem potravin může zotavit unavené tělo, avšak nový výzkum prováděný na octomilkách (Drosophila) odhalil, že hladovění ve skutečnosti pomáhá odvrátit obtíže způsobené nedostatkem spánku.

Hladovění ochránilo octomilky deprimované nedostatkem spánku od ospalosti a zabránilo i kognitivním (poznávacím) a paměťovým obtížím spojeným s vyčerpáním. „Hlad může zpomalit vytváření spánek navozujících substancí za stálého bdění zvířete," říká Paul Shaw, vedoucí práce a neurolog při Washington University School of Medicine v St. Louis.

Nová studie přichází s tím, že přibývání lipidů během fáze bdění způsobuje, že jsou octomilky zpomalené. Pokud by se zjistilo, jak lipidy ovlivňují spánek, mohlo by to vést z vývoji nových léků na nespavost (Thimgan et al., 2010).

„Tyto poznatky přinášejí velkou změnu pro naše odvětví výzkumu spánku," říká Robert Greene, neurobiolog při University of Texas Southwestern Medical Center v Dallasu. Zvyšuje to důležitost metabolismu a jeho interakce s navozením spánku (Robert Green, 2010).

Vědci stále debatují o tom, proč vlastně lidé zvířata spí. (Saey, 2009). K tomu, aby výzkumníci zjistili, co se děje během spánku, zkoumají a porovnávají zvířata spánkově deprimována se zvířaty, kterým je umožněn normální spánek.

V této nové studii Shaw a jeho tým zvolili jiný přístup. Během výzkumu byly porovnávány dvě skupiny octomilek. V první skupině byly octomilky, které byly udržovány buzením celou noc vzhůru, i když chtěly spát a byla jim podávána potrava. Ve skupině druhé octomilky hladověly a zůstaly tak déle v bdělém stavu bez buzení. Vědce zajímala případná odlišnost.

Tým zjistil, že octomilky z druhé skupiny, které jsou vzhůru kvůli hladu, jsou stále v pozoru a nevykazují žádné problémy při učení. Naopak octomilky z první skupiny, dobře krmené, avšak spánkově deprimované, mají problémy s učením i s pamětí. Hladovějící octomilky navíc nepotřebují tolik nahrazovat nedostatek spánku, jako to vyžadují octomilky z první skupiny.

Všechno to ale dává smysl. „Hladovějící zvířata ve volné přírodě si nemohou dovolit pokles pozornosti, musí se snažit získat potravu," upozorňuje Shaw. Pokud si zvíře vytvoří spánek navozující substanci, může se stát něčí kořistí.

Studie Shawa nazírá na spánek z jiného úhlu pohledu a je to správný přístup. Zdůrazňuje roli spánku v procesu přežití zvířete (Jerome Siegel, neurolog při University of California, LA, 2010).

Shaw a jeho tým vypátrali zdroj ospalosti u spánkově deprimovaných octomilek. Cesta vedla k lipidům. Octomilky s mutacemi genu cycle (gen „biologických hodin") měly vyšší hladiny triglyceridů. Tyto zmutované octomilky jsou také velmi citlivé na deprivaci nedostatkem spánku a dokonce umírají pokud jsou drženy vzhůru více než 10 hodin po obvyklém začátku spánku. Avšak hladovění dovoluje octomilkám žít bez spánku i 28 hodin po začátku spánku.

Vědci dále zjistili, že blokováním hromadění triglyceridů vzniká při hladovění zásoba energie, díky které pak octomilky nepotřebují tolik nahrazovat nedostatek spánku. To napovídá tomu, že by lipidy mohly být onou substancí navozující ospalost u octomilek.

Octomilky s mutacemi na genu brummer (bmm, gen kódující ukládání lipidů) měly také vyšší hladiny lipidů. Tyto octomilky potřebovaly spát velmi dlouho, aby kompenzovaly předešlou spánkovou deprivaci, ale hladovění opět redukovalo potřebu na tento spánek.

Další mutací, která byla vypozorována, byla mutace na genu Lipid storage droplet 2 (Lsd2). Při této mutaci jsou octomilky pohublé a mají nízké hladiny lipidů. Nebývají ospalé a nepotřebují nahrazovat spánek po spánkové deprivaci.

Pokud vše dáme dohromady, nové poznatky studie Thimgan et al. (2010) naznačují, že lipidy mohou opravdu pozměnit aktivitu neuronů v mozku a ovlivnit spánek a únavu u octomilek. Hladovění zase odstraňuje lipidy a zpomaluje nástup spánku a ospalosti. Samozřejmě i hladovějící octomilky mohou eventuálně začít vykazovat známky ospalosti a také víme, že zvířata nemohou dlouho žít bez jídla.

Autor: Jakub Málek

Použité zdroje:

Originální studie: Thimgan MS, Suzuki Y, Seugnet L, Gottschalk L, Shaw PJ (2010) The Perilipin Homologue, Lipid Storage Droplet 2, Regulates Sleep Homeostasis and Prevents Learning Impairments Following Sleep Loss. PLoS Biol 8(8): e1000466. doi:10.1371/journal.pbio.1000466 cit. 31.8. 2010

Připraveno podle: Tina Hesman Saey (2010): Why starved flies need less slep. In Science News [online]. cit. 7.9. 2010

Další použité zdroje:

Taheri S, Lin L, Austin D, Young T, Mignot E (2004) Short sleep duration is associated with reduced leptin, elevated ghrelin, and increased body mass index. PLoS Med 1: e62. doi:10.1371/journal.pmed.0010062.

Tina Hesman Saey (2009): The Why of Slep. Science News [online]. October 24^th, Vol. 176 (9): 16p

Sebastian Grönke, Alexander Mildner, Sonja Fellert1, Norbert Tennagels, Stefan Petry, Günter Müller, Herbert Jäckle and Ronald P. Kühnlein (2010): Brummer lipase is an evolutionary conserved fat storage regulator in Drosophila. Cell. 1 (5): 323-330

Obrazové přílohy:

obrázek č. 1: octomilka:  http://www.veda.cz/dwn/5430/29682B_octomilka.jpg

obrázek č. 2: triglycerid: http://www.3dchem.com/imagesofmolecules/Triglyceride.jpg

obrázek č. 4: gene bmm: http://salilab.org/modbaseimages/image/modbase.jpg?database_id=Q9VUH7