Дослідники з університетів Вандербільта та Джона Хопкінса виявили унікальну генетичну мутацію у коней, яка замість шкоди забезпечує виняткову метаболічну ефективність, пояснюючи їхню надзвичайну витривалість та здатність споживати кисень вдвічі інтенсивніше, ніж елітні спортсмени-люди.

Наукова стаття, опублікована в журналі Science, розкриває молекулярний механізм, що лежить в основі фізіологічних здібностей коней. Це відкриття змінює наше розуміння генетичних процесів у ссавців. Вчені виявили те, що спочатку здавалося руйнівною мутацією в гені KEAP1, який відіграє ключову роль у клітинній відповіді на окислювальний стрес.

У всіх сучасних коней, зебр та віслюків присутній генетичний “стоп-знак” на початку інструкцій гена KEAP1. Зазвичай такі мутації призводять до утворення нефункціональних білків і спричиняють захворювання. Однак у цих тварин відбувається щось зовсім інше – клітинний механізм ігнорує стоп-сигнал та продовжує зчитування генетичної інформації.

Ця адаптація видозмінює білок KEAP1, роблячи його більш чутливим до стресу від інтенсивного споживання кисню. Це запускає підвищену активність захисних механізмів через білок NRF2, який вмикає гени, що продукують антиоксиданти та стимулюють вироблення енергії.

Експериментальне підтвердження метаболічної переваги

Щоб підтвердити свою гіпотезу, дослідники порівняли м’язові клітини коня та миші. Експерименти показали, що клітини коня споживають значно більше кисню та виробляють більше енергії. При цьому вони демонструють вищу стійкість до окислювального пошкодження.

Науковці також створили спеціальні клітинні моделі для порівняння оригінальної форми KEAP1 з кінською версією. Результати послідовно демонстрували, що мутована версія активує більше захисних механізмів та посилює енергетичний метаболізм. Це пояснює, чому під час інтенсивних фізичних навантажень коні можуть переробляти до 360 літрів кисню за хвилину.

Ключовим елементом цього адаптивного механізму є додаткові мутації в клітинному апараті, який зчитує генетичний матеріал. “У коней клітинний механізм ігнорує стоп-сигнал і продовжує читати, вставляючи інший будівельний блок, ніж той, що був спочатку”, – пояснюють дослідники. Ці зміни дозволяють коням підтримувати високий рівень енергетичного обміну, одночасно захищаючись від пошкоджень.

Мутація набула поширення серед еквідів близько 4-4,5 мільйонів років тому, що збігається з їхньою адаптацією до відкритих пасовищ. У цей період також розвинулися однопалі копита, що дозволило предкам сучасних коней розвинути більшу швидкість і витривалість.

Новий погляд на генетичні мутації та їх застосування в медицині

Це відкриття кидає виклик традиційним уявленням про генетичні мутації. Раніше вважалося, що перекодування стоп-кодонів відбувається переважно у вірусів. Дослідження демонструє, що ссавці також здатні використовувати подібні стратегії для розвитку нових адаптивних ознак.

Розуміння того, як організм може обходити генетичні “помилки”, відкриває нові перспективи для медицини. Зокрема, це може допомогти в розробці методів лікування генетичних захворювань, спричинених подібними мутаціями стоп-кодонів, на які припадає близько 11% генетичних розладів людини.

Дослідники підкреслюють, що цей еволюційний процес був поступовим і скоординованим. Для його успішної реалізації знадобилися зміни як у гені KEAP1, так і в механізмі зчитування генетичної інформації. “Це схоже на спортивний автомобіль із вбудованою системою охолодження, яка запобігає перегріванню”, – зазначають вчені, описуючи метаболічну систему коней.

Завдяки цій унікальній адаптації скромні листоїдні предки сучасних коней перетворилися на тварин, здатних до надзвичайної швидкості та витривалості. Парадоксально, але їхня фізична потужність значною мірою стала результатом генетичного “збою”, який, за іронією еволюції, не зруйнував, а прискорив їхню продуктивність.