La gente de todo el mundo come demasiada azúcar. Cuando el cuerpo no puede procesar el azúcar de manera efectiva, lo que genera un exceso de glucosa en la sangre, esto puede provocar diabetes. Según la Organización Mundial de la Salud, la diabetes se convirtió en la novena causa principal de muerte en 2019.
Los humanos no son los únicos mamíferos que aman el azúcar. Los murciélagos frugívoros también comen hasta el doble de su peso corporal en fruta azucarada al día. Sin embargo, a diferencia de los humanos, los murciélagos frugívoros prosperan con una dieta rica en azúcar. Ellos pueden reducir el nivel de azúcar en la sangre más rápido que los murciélagos que dependen de los insectos como principal fuente de alimento.
Somos un equipo de biólogos y bioingenieros. Determinar cómo evolucionaron los murciélagos frugívoros para especializarse en una dieta rica en azúcar nos llevó a una búsqueda para abordar la terapia de la diabetes desde un ángulo inusual, que nos llevó hasta Lamanai, Belice, para el Batatón de Beliceuna reunión anual donde los investigadores recolectan y estudian murciélagos.
En nuestro investigación recientemente publicada en Nature Communications, nosotros y nuestros colegas Seungbyn Baek y Martín Hemberg utilizó una tecnología que analiza el ADN de células individuales para comparar las instrucciones metabólicas únicas codificadas en el genoma del murciélago frugívoro jamaicano, Artibeus jamaicensiscon los del genoma del gran murciélago marrón que se alimenta de insectos, Eptesicus fuscus.
Aproximadamente el 2% del ADN está compuesto de genes, que son segmentos de ADN que contienen las instrucciones que las células usan para crear ciertos rasgos, como un lengua más larga en murciélagos frugívoros. El otro 98% son segmentos de ADN que regulan los genes y determinan la presencia o ausencia de los rasgos que codifican.
Los autores Nadav Ahituv, izquierda, y Wei Gordon. (Crédito: Wei Gordon, CC BY-ND)
Para comprender cómo evolucionaron los murciélagos frugívoros para consumir tanta azúcar, queríamos identificar las diferencias genéticas y celulares entre los murciélagos que comen frutas y los que comen insectos. Específicamente, observamos los genes, el ADN regulador y los tipos de células en dos órganos importantes involucrados en las enfermedades metabólicas: el páncreas y el riñón.
Este diagrama de flujo describe la metodología de estudio de los autores. (Crédito: Wei Gordon, creado con BioRender.com/Nature Communications, CC BY-ND)
el páncreas regula el azúcar en sangre y el apetito mediante la secreción de hormonas como la insulina, que reduce el nivel de azúcar en sangre, y el glucagón, que aumenta el nivel de azúcar en sangre. Descubrimos que los murciélagos frugívoros jamaicanos tienen más células productoras de insulina y glucagón que los grandes murciélagos marrones, junto con el ADN regulador que prepara las células pancreáticas de los murciélagos frugívoros para iniciar la producción de insulina y glucagón. Juntas, estas dos hormonas trabajan para mantener equilibrados los niveles de azúcar en sangre incluso cuando los murciélagos frugívoros consumen grandes cantidades de azúcar.
El riñón filtra los desechos metabólicos de la sangre, mantiene el equilibrio hídrico y salino y regula la presión arterial. Los riñones de los murciélagos frugívoros deben estar equipados para eliminar de su torrente sanguíneo las grandes cantidades de agua que provienen de la fruta y al mismo tiempo retener las bajas cantidades de sal en la fruta. Descubrimos que los murciélagos frugívoros de Jamaica han ajustado la composición de sus células renales de acuerdo con su dieta. Reducir el número de células que concentran la orina. por lo que su orina está más diluida con agua en comparación con los grandes murciélagos marrones.
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Por qué es importante
La diabetes es una de las enfermedades crónicas más caras del mundo. El Estados Unidos gastó 412.900 millones de dólares en 2022 sobre costos médicos directos y costos indirectos relacionados con la diabetes.
La mayoría de los enfoques para desarrollar nuevos tratamientos para la diabetes se basan en animales de laboratorio tradicionales, como los ratones, porque son fáciles de reproducir y estudiar en un laboratorio. Pero fuera del laboratorio, existen mamíferos como los murciélagos frugívoros que en realidad han evolucionado para soportar altas cargas de azúcar. Descubrir cómo estos mamíferos lidian con las altas cargas de azúcar puede ayudar a los investigadores a identificar nuevos enfoques para tratar la diabetes.
Aplicando nuevas tecnologías de caracterización celular en estos organismos no modelou organismos que los investigadores no suelen utilizar para investigaciones en el laboratorio, nosotros y un creciente grupo de investigadores demostramos que se podría aprovechar la naturaleza para desarrollar nuevos enfoques de tratamiento para las enfermedades.
Los autores desenredan un murciélago frugívoro de una red durante el Bat-a-thon de Belice.
Lo que aún no se sabe
Si bien nuestro estudio reveló muchos objetivos terapéuticos potenciales para la diabetes, es necesario realizar más investigaciones para demostrar si nuestras secuencias de ADN de murciélago frugívoro pueden ayudar a comprender, controlar o curar la diabetes en humanos.
Algunos de nuestros hallazgos sobre los murciélagos frugívoros pueden no estar relacionados con el metabolismo o ser específicos solo de los murciélagos frugívoros de Jamaica. Hay cerca de 200 especies de murciélagos frugívoros. Estudiar más murciélagos ayudará a los investigadores a aclarar qué secuencias de ADN de murciélagos frugívoros son relevantes para el tratamiento de la diabetes.
Nuestro estudio también se centró únicamente en el páncreas y los riñones de los murciélagos. El análisis de otros órganos implicados en el metabolismo, como el hígado y el intestino delgado, ayudará a los investigadores a comprender de forma más completa el metabolismo de los murciélagos frugívoros y a diseñar tratamientos adecuados.
Que sigue
Nuestro equipo ahora está probando las secuencias reguladoras de ADN que permiten a los murciélagos frugívoros comer tanta azúcar y comprobando si podemos usarlas para regular mejor cómo las personas responden a la glucosa.
Estamos haciendo esto por intercambiando las secuencias reguladoras de ADN en ratones con los de murciélagos frugívoros y probando sus efectos sobre qué tan bien estos ratones manejan sus niveles de glucosa.
Wei Gordon es profesor asistente de biología en Menlo College. Nadav Ahituv es profesor del Departamento de Bioingeniería y Ciencias Terapéuticas y director del Instituto de Genética Humana de la Universidad de California en San Francisco. Este artículo se republica desde La conversación debajo de Licencia Creative Commons. Leer el artículo original.
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