Los microbios ayudan a los animales en hibernación a reciclar los nutrientes y mantener los músculos durante el invierno
Crédito: Pixabay/CC0 Public Domain
Para pasar un largo invierno sin comida, los animales en hibernación, como la ardilla terrestre de 13 líneas, pueden ralentizar su metabolismo hasta en un 99 % , pero aún necesitan nutrientes importantes como proteínas para mantener los músculos mientras hibernan. Un nuevo estudio de la Universidad de Wisconsin-Madison muestra que las ardillas terrestres en hibernación obtienen ayuda de los microbios en sus intestinos.
El descubrimiento podría ayudar a las personas con trastornos de atrofia muscular e incluso a los astronautas en viajes espaciales prolongados.
«Cuanto más tiempo no hace ejercicio un animal, los huesos y los músculos comienzan a atrofiarse y pierden masa y función. dice Hannah Carey, profesora emérita de la Facultad de Medicina Veterinaria de la UWMadison y coautora del nuevo estudio, publicado hoy (27 de enero) en la revista Science. «Sin la entrada de ninguna proteína dietética, los hibernadores necesitan otra forma de obtener lo que sus músculos necesitan».
Una fuente de nitrógeno, un bloque de construcción vital para los aminoácidos y las proteínas, se acumula en los cuerpos de todos los animales ( incluidos los humanos) como urea, un componente de la orina. Los investigadores sabían que la urea que se movía hacia el tracto digestivo de las ardillas podía ser descompuesta por algunos microbios intestinales, que también necesitan nitrógeno para sus propias proteínas. Pero los investigadores querían ver si parte de ese nitrógeno ureico liberado por los microbios también se incorporaba a los cuerpos de las ardillas.
Inyectaron urea hecha con isótopos rastreables de carbono y nitrógeno en la sangre de las ardillas. en tres etapas durante los días activos de verano, principios de hibernación de invierno y finales de invierno. Algunas de las ardillas también habían sido tratadas con antibióticos para eliminar la mayoría de los microbios en sus intestinos. Como se predijo, algunos de los microbios intestinales liberaron nitrógeno que contenía isótopos y degradaron la urea inyectada.
«Seguimos ese nitrógeno hasta (los) hígados (de las ardillas), principalmente donde se usa para fabricar muchas proteínas y algunas a los músculos», dice la coinvestigadora del estudio Fariba Assadi-Porter, bioquímica emérita de la UWMadison que se especializa en el seguimiento de los isótopos. También es científica en Biología Integrativa y en la Instalación de Resonancia Magnética Nuclear de la universidad. «Creemos que estamos viendo que las moléculas de nitrógeno marcadas con isótopos van del huésped al microbioma, luego los microbios las convierten en moléculas utilizables antes de regresar al huésped nuevamente, esencialmente siendo ‘recicladas’ en el animal en hibernación».
Los investigadores observaron dos diferencias que respaldan este camino microbiano. Las ardillas cuyos microbios intestinales se agotaron en gran medida por los antibióticos tenían mucho menos nitrógeno rastreable en el hígado y los músculos. Y cuando los investigadores secuenciaron los genomas de los microbios que se encuentran en los intestinos de las ardillas, encontraron que a medida que se prolongaba la hibernación invernal había un aumento en la presencia de genes relacionados con la producción de una enzima llamada ureasa.
» La ureasa no es producida por animales. Solo los microbios que expresan ureasa pueden dividir la molécula de urea y liberar su nitrógeno», dice Carey, cuyo trabajo cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias. «Mientras los microbios correctos estén presentes, es una transacción entre ellos y el hosteach obtener parte del nitrógeno liberado para ayudarlos hasta que termine la hibernación».
Describiendo las claves para sobrevivir durante la hibernación podría ayudar a las personas con dietas bajas en nitrógeno o con trastornos que hacen que los músculos se atrofien. También podría hacer posible que los humanos realicen largos viajes a planetas distantes.
Poner a los viajeros espaciales en un estado de hibernación significa que no necesitarían tomar tanta comida, agua y oxígeno, y producir menos desechos y dióxido de carbono, ahorrando grandes cantidades de peso y combustible.
«En teoría, este proceso podría reducir las tasas de pérdida de masa muscular en el espacio, donde la exposición a la microgravedad conduce invariablemente a la atrofia muscular», dice Matthew Regan, un coautor del estudio y ex investigador postdoctoral de UWMadison que ahora es profesor de fisiología animal en la Universidad de Montreal. «Y debido a que las características de la hibernación más allá de este proceso dependiente de microbios intestinales confieren protección contra otros peligros de los vuelos espaciales, como la radiación ionizante, es teóricamente posible que, si se traducen a los humanos, los estados similares a la hibernación podrían resolver numerosos desafíos de los vuelos espaciales tripulados simultáneamente. »
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Lo que las ardillas invernales pueden enseñar a los astronautas Más información: Matthew D. Regan et al, El reciclaje de nitrógeno de urea a través de simbiontes intestinales aumenta las ardillas terrestres en hibernación durante el invierno, Science (2022) ). DOI: 10.1126/ciencia.abh2950. www.science.org/doi/10.1126/science.abh2950 Información de la revista: Science
Proporcionado por la Universidad de Wisconsin-Madison Cita: Los microbios ayudan a los animales que hibernan a reciclar los nutrientes , mantener los músculos durante el invierno (27 de enero de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-microbes-hibernating-animals-recycle-nutrients.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.