Откриха ген – немури, който насърчава съня, за да се бори с инфекции

През 1909 г. японският учен Куниоми Ишимори събрал течност от гръбначния мозък на лишени от сън кучета и я инжектирал в активни, отпочинали техни събратя. В рамките на няколко часа, последните заспали дълбок сън.

По съвпадение, двама френски изследователи направили едни и същи експерименти няколко години по-късно и получили същите резултати.

Тези проучвания, както и други подобни, предполагат, че кръвта на сънливите животни съдържа някакво химическо съединение, което Ишимори нарича „хипогенно вещество“. Други автори наричат тези съединения „сомногени“.

Източниците на тези химикали, предизвикващи съня, се оказаха изненадващо неуловими и учените са намерили досега само няколко от тях.

Сега Хирофуми Тода от Университета на Пенсилвания откри друго – ген, наречен немури, който предизвиква съня, поне при плодови мухички. Неочаквано немури се активира по време на инфекции и действа, за да убие входящите микроби.

Изглежда, че немури е част от саморегулираща се система, аналогична на вътрешния термостат, система, която учените наричат sleep-o-stat. Тази система може да накара животните да спят, когато те най-много се нуждаят от затваряне на очите, независимо дали са болни или защото не са спали достатъчно.

Системата sleep-o-stat работи отделно от ежедневните биологични часовници на организма, които ни карат да се чувстваме по-уморени през нощта. И докато системата от био часовници на организма е внимателно проучена от учените, то системата sleep-o-stat все още си остава до голяма степен загадъчна.

„Какво ни прави сънливи, когато сме будни от дълго време?“, Пита Амита Сегал, която ръководи проекта на Тода. „Все още нямаме убедителни отговори на въпроса“.

Тода започва да търси гени, които, ако бъдат включени, биха направили мухите в експеримента му по-сънливи. За тази цел той е работил с мухи от 8000 различни щама, които са били проектирани да активират различен ген, когато се хранят с активиращ химикал.

Тода поставя тези мухи индивидуално в тръби, които са наблюдавани с инфрачервени лъчи. Когато са будни и мобилни, насекомите редовно преминават през инфрачервените лъчи; когато спят и не са подвижни, не го правят. Компютър наблюдава цялото ято мухички, записвайки движенията им и отбелязвайки всички, които спят повече от обикновено.

Този прост експеримент се оказва успешен. От 8000 възможни гена, Тода е открил само един, който предизвиква сън. Това именно е немури (nemuri), който екипът кръщава на японската дума за сън. Никога досега не е бил проучван подробно.

Когато за първи път го получихме, не знаехме какво е това,

казва Сегал.

Ако мухите са лишени от сън, защото екипът или редовно разклаща тръбите или ги храни с кофеин, генът nemuri става по-активен, но само в един чифт неврони в мозъка на насекомите. Когато започне да действа, той произвежда протеин (със същото име), който след това въздейства върху частта на мозъка, известна като контролен център за сън.

Ако Тода включи гена немури умишлено, мухите спят с 20 до 30 процента по-дълго от нормалните си връстници. Те също така спят по-дълбоко и е по-малко вероятно да се събудят, когато тръбите се разклащат, а малкото, които се разбуждат са бавни и мудни.

„Това е много интересна работа“, казва Киара Чирели от Университета на Уисконсин в Медисън. Тя и други са идентифицирали гени в мухи, които са важни за добра нощна почивка, а когато са увредени, водят до по-малко сън. Но сега за първи път някой е направил обратното: увеличава активността на един ген и предизвиква повече сън.

„Докато не направиха това проучване, бяха известни сравнително малко сомногени“, казва Сюзън Харбисън от Националния здравен институт на САЩ. „Това изследване също предполага, че малко такива гени могат да съществуват. В края на краищата, след като Тода е тествал 8 000 гена и е намерил само един  … може би няма толкова много, които могат да се намерят“.

„Все пак трябва да има поне още няколко, защото немури не може да бъде единствен. Ако този ген е отговорен за бързото заспиване на уморени мухи, то тогава деактивирането му трябва да наруши съня, казва Шерил ван Бъскирк от Калифорнийския държавен университет в Нортридж.

Но не става така. Когато Тода използва техниката за редактиране на гени, наречена CRISPR, за да деактивира гена, мухите все още спят в обичайното си време. Наистина, беше много по-лесно да се събудят, а после много по-трудно заспиват, но „тъй като сънят и възстановяването на съня са в голяма степен непокътнати, генът немури вероятно не е основен компонент на хомеостазата на съня“, казва Ван Бускирк.

Сегал смята, че nemuri е „малък играч“, когато става дума за ежедневен сън, но става много важен по време на стрес, лишаване от сън и болест. Всъщност нейният екип показа, че протеинът Nemuri е антимикробен пептид или AMP – една от няколкото молекули, които, както подсказва името им, убиват микроби.

Тази им способност се преплита с ефектите на гена немури върху съня. Подобно на хората, мухите спят повече, когато са болни и имат инфекции. Екипът е установил, че тези пристъпи на болест са били по-дълги, когато умишлено са включвали немури, и по-къси, ако са изключвали гена.

Съществува тясна връзка между съня и имунната система,

казва Сегал.

„Това може да представлява върхът на айсберга“, добавя Ван Бускирк по отношение на вещества с двойна роля, “ генът насърчава съня, докато се води битката с инфекцията.“

Може да изглежда странно да се посвети цялото това усилие за разбиране на сънливите мухи, особено когато немури няма очевиден еквивалент при хората. Но Сегал отбелязва, че хората произвеждат повече от 100 AMP, които биха могли да играят подобна роля. И тя отбелязва, че има дълга история на изследователите на съня, които правят открития с мухи, които по-късно се оказват важни за хората.

Преди двайсет и пет години, докато работи в лабораторията на Майкъл Йънг, Сегал помага да се покаже, че ген, наречен „вечен“, контролира ежедневните биологични часовници на мухите. Тогава не е намерен очевиден човешки еквивалент на това, а Сегал казва, че някои изследователи са били скептично настроени, че откритието има някакво значение. Но след време бе открита човешка версия и тя се оказа част от няколко важни болести. Именно за тази работа Йънг спечели Нобелова награда през 2017 г.