Парабиоз - Parabiosis

Информацию об одноименном эпизоде ​​"Родина" см. Парабиоз (Родина).

Парабиоз, что означает «жить рядом», - это лабораторный метод изучения физиология. 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, стволовая клетка исследование, регенерация тканей, сахарный диабет, трансплантация органов, опухоль биология и эндокринология.[1]

Он также может описывать коммунальное экология отдельных видов муравьев колониями.

Физиология

Парабиотические эксперименты

Слева: Безголовый Цекропийская моль присоединился к куколке Полифем тутовый шелкопряд. Справа: брюшко бабочки Cecropia, соединенное с куколкой Cecropia.

Парабиоз объединяет два живых организма, которые хирургически соединяются вместе и образуют единые общие физиологические системы.[2][3] Исследователи могут доказать, что система обратной связи у одного животного циркулирует и влияет на второе животное через обмен крови и плазмы.

Первые эксперименты с парабиотиками были начаты Пол Берт в середине 1800-х гг. Он предположил, что хирургически связанные животные могут иметь общую систему кровообращения. За свои открытия Берт был награжден премией экспериментальной физиологии Французской академии наук в 1866 году.[1]

Одним из ограничений экспериментов является то, что беспородный крыс использовать нельзя, потому что это может привести к значительной потере пар из-за интоксикации кровоснабжения от другой крысы.[4]

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 г. Г. Р. Херви в журнале Журнал физиологии. Этот эксперимент подтвердил теорию о том, что повреждение гипоталамус, особенно вентромедиальный гипоталамус, 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 были открыты брюшные полости и соединены. В более поздних экспериментах, чтобы избежать риска спутать кишечник двух крыс, были сделаны более мелкие разрезы. После дальнейшего уточнения экспериментальной процедуры брюшные полости не вскрывали, и крыс соединяли в тазовой кости с минимальным разрезом. 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 ослабленным гипоталамус жадно ели, в то время как аппетит парных крыс снижался. Парные крысы явно похудели на протяжении всего эксперимента, даже отказываясь от еды, когда ее предлагали.[5][6]

Более поздние исследования идентифицировали этот фактор сытости как жировой -полученный гормон лептин. 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, Ruth B.S. Харрис, аспирант Херви, повторил 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 потребовалось некоторое время, чтобы достичь равновесия. В результате инъекций почти мгновенная потеря веса привела к парам парабиотиков из-за усиленного торможения. Приблизительно 50–70% жира терялось парами. Мышь с ожирением потеряла только жир. Постная 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.[4]

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 еды и воды. 149 из 328 пар показали возможные опухоли яичников у одного или обоих животных. Этот результат соответствует предыдущим исследованиям на одиночных крысах.[7]

Исследования старения

Хронические старческие болезни изучаются путем соединения более старшего животного с более молодым. Известный как гетерохронный парабиоз, этот процесс использовался в исследованиях для изучения возрастных и связанных с заболеваниями изменений в составе крови, особенно плазмы. протеом.[8] Этот процесс можно использовать для исследования сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, остеоартрита и болезни Альцгеймера. По мере старения животных их олигодендроциты снизить неэффективность, что приведет к уменьшению миелинизация, оказывая негативное воздействие на Центральная нервная система (ЦНС). Джулия Ракх и другие исследователи использовали парабиоз для изучения ремиелинизация из 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 обращают вспять демиелинизацию ЦНС у старых мышей, оживляя олигодендроциты. В моноциты от более молодых мышей также повысили способность мышей старшего возраста очищать миелиновые остатки, поскольку молодые моноциты могут очищать липиды от миелиновых оболочек более эффективно, чем более старые моноциты. Соединение двух животных полностью изменило влияние возраста на миелинизирующие клетки. На способность клеток молодой мыши это не повлияло. Повышенный иммунитет 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.[9][1]

Природные примеры

Этот термин также применим к спонтанно возникающим состояниям, таким как сиамские близнецы.[10]

Обязательный паразитарное размножение Удильщик семьи Ceratiidae, в котором кровеносные системы самцов и самок полностью объединяются. Без привязанности мужчин к женщинам эндокринные функции не могут развиваться; особи не могут развиваться должным образом и умирают молодыми, не имея потомства.[11]

Растения, растущие близко друг к другу, корни или стебли при тесном контакте иногда образуют естественные прививки. У паразитарных растений, таких как омела и повилика то гаустория объединяют кровеносные системы хозяина и паразита настолько тесно, что паразитические близнецы, такие как Кассита могут действовать как переносчики болезнетворных организмов от одного растения-хозяина к другому.[12]

Экология

Общественные организмы делят гнезда

Crematogaster Modiglianii и Camponotus rufifemur муравьи делят гнездо

Колонии муравьев могут делить свои гнезда с практически неродственными видами муравьев. Очевидно, у них не было ничего общего, кроме содержания гнезд, 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 придумал термин «парабиоз» для таких ассоциаций, и он был принят такими людьми, как Уильям Мортон Уиллер.[13] [14] Кроме того, есть свидетельства разделения функций и неравного распределения работы между двумя видами в гнезде.[15] Ранние сообщения о том, что колонии парабиотических муравьев кормятся и мирно кормятся вместе, также были квалифицированы наблюдениями, которые показали, 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.[14] Выгоды от защиты и обслуживания общего гнезда, даже если нет ни прямого сотрудничества, ни взаимодействия между двумя связанными популяциями в гнезде.[16]

Этимология

Парабиоз возникает непосредственно из новая латынь,[10] но латинский, в свою очередь, происходит от двух классических греческих корней. Первый παρά (параграф) 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», очевидно, должно было означать «рядом».
  • При описании временно неактивных физиологических состояний «пара», по-видимому, означает «вне».
  • В экологическом использовании это слово было придумано энтомологом. Огюст-Анри Форель как аналог "симбиоз, «также в смысле« рядом с ». Однако в данном случае ударение было в отличие от« вместе »(« сим- »).

Второй классический греческий корень, от которого происходит латинский язык, - βίος (биос), что означает "жизнь".

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Eggel, A .; Висс-Корай, Т. (2014). «Парабиоз для изучения возрастных хронических заболеваний». Швейцарский медицинский еженедельник. 144: 13914. Дои:10.4414 / smw.2014.13914. ЧВК  4082987. PMID  24496774.
  2. ^ Биджу Пареккадан и Мартин Л. Ярмуш (редакторы). Биоинженерия стволовых клеток. Глава 10: «Парабиоз в исследованиях старения и регенеративной медицине» Artech House 2009 ISBN  978-1596934023
  3. ^ Зарроу, М. X. Экспериментальная эндокринология: Справочник основных методов Academic Press, 1964 г. ISBN  978-0124143609
  4. ^ а б Харрис, Р. Б. С. (2013). "Является ли лептин парабиотическим фактором" насыщения "? Прошлые и современные интерпретации". Аппетит. 61 (1): 111–118. Дои:10.1016 / j.appet.2012.08.006. ЧВК  3749919. PMID  22889986.
  5. ^ Херви, Г. Р. (1959). «Последствия поражения гипоталамуса у крыс с парабиотиками». Журнал физиологии. 145 (2): 336–352. Дои:10.1113 / jphysiol.1959.sp006145. ЧВК  1356830. PMID  13642304.
  6. ^ Коулман, Д. (2010). «Исторический взгляд на лептин». Природа Медицина. 16 (10): 1097–1099. Дои:10,1038 / нм 1010-1097. PMID  20930752. S2CID  21890417.
  7. ^ Friedell, G.H .; Sommers, S.C .; Chute, R. N .; Уоррен, С. (1966). «Онкогенез яичников у крыс, облученных парабиотиками». Исследования рака. 3 (3): 427–434. PMID  5930688.
  8. ^ Pluvinage, Джон V .; Висс-Корай, Тони (февраль 2020 г.). «Системные факторы как медиаторы гомеостаза мозга, старения и нейродегенерации». Обзоры природы Неврология. 21 (2): 93–102. Дои:10.1038 / s41583-019-0255-9. ISSN  1471-003X. PMID  31913356. S2CID  210044841.
  9. ^ Рукх, Джулия М .; Чжао, Цзин-Вэй; Shadrach, Jennifer L .; Питер; Нагешвара Рао, Тата; Пари, Эми Дж .; Франклин, Робин Дж. М. (2012). «Омоложение регенерации стареющей центральной нервной системы». Стволовая клетка. 10 (1): 96–103. Дои:10.1016 / j.stem.2011.11.019. ЧВК  3714794. PMID  22226359.
  10. ^ а б [1]
  11. ^ Роде, Клаус. Морская паразитология. CSIRO Publishing 2005. ISBN  978-0643090255
  12. ^ Хейнс, Алан Р., Койл, Нэнси К., Шуберт. Тимоти С .; «Сравнение двух паразитических лоз: повилики (Cuscuta) и Woe Vine (Cassytha)». Циркуляр по ботанике № 30. Департамент сельского хозяйства Флориды. И бытовые услуги Январь / февраль 1996 г. Отдел растениеводства
  13. ^ Уилер, Уильям Мортон (1921). «Новый случай парабиоза и« Муравьиные сады »Британской Гвианы». Экология. 2 (2): 89–103. Дои:10.2307/1928921. JSTOR  1928921.
  14. ^ а б Суэйн, Р. Б. (1980). «Трофическая конкуренция среди парабиотических муравьев». Насекомые Sociaux. 27 (4): 377–390. Дои:10.1007 / BF02223730. S2CID  39194355.
  15. ^ Мензель, Флориан; Линсенмайр, Карл Эдуард; Блютген, Нико (2008). «Избирательная межвидовая толерантность в тропических ассоциациях Crematogaster – Camponotus». Поведение животных. 75 (3): 837–846. Дои:10.1016 / j.anbehav.2007.07.005. S2CID  140210373.
  16. ^ Menzel, F .; Блютген, Н. (2010). «Парабиотические ассоциации между тропическими муравьями: равноправное партнерство или паразитическая эксплуатация?». Журнал экологии животных. 79 (1): 71–81. Дои:10.1111 / j.1365-2656.2009.01628.x. PMID  19891712.