Стршлените ќе ни помогнат во борбата против мамурлакот?

Израелските научници открија дека ориенталните стршлени (Vespa orientalis), вообичаени низ поголемиот дел од Азија, Африка и Европа, се исклучително отпорни на етанол. Експериментите покажаа дека овие инсекти се способни да издржат концентрации на алкохол кои се многу токсични за повеќето други животни без негативни последици.

Дали некогаш сте се восхитиле на тоа како некои од вашите пријатели можат да испијат многу алкохол и сепак да продолжат со интелектуален разговор, додека други задремале по една чаша вино?  Е па слушнете го ова: постои суштество во животинското царство што ќе го засрами дури и најискусниот пијаница- ориенталниот стршлен.

Етанолот, тоа „магично“ соединение одговорно за нашите непријатни авантури, е природен нуспроизвод на ферментацијата што се наоѓа во овошјето, нектарот и другите форми на шеќер. Етанолот е мала молекула и затоа поседува истовремено хидрофилни и липофилни одлики.

Тоа му овозможува на етанолот лесно да ја помине плазмената мембрана на клетката (пасивна дифузија), па затоа неговата концентрација вонклеточно и внатреклеточно е слична. Околу 95 % проценти од внесениот етанол се разградува во црниот дроб, а 5 % се излачува непроменет преку урината, потта и дишењето. Катаболизмот на етанол не е регулиран и е иреверзибилен - висока конзумација на етанол го намалува NAD⁺/NADH соодносот, што резултира со длабоки промени во метаболизмот.

Црниот дроб има централна улога во метаболизмот на етанолот. Тука се експримираат со најголема концентрација ензимите оксидацијата на етанолот. Главниот механизам преку кој етанолот се метаболизира опфаќа три ензими: алкохол дехидрогеназа, алдехид дехидрогеназа и ацетил-КоА синтетаза.

Во првите два чекори се врши оксидација на молекулата на етанолот: (алкохол → алдехид → карбоксилна киселина), каде акцептор на ослободените електрони е NAD⁺. Во првиот чекор се одвива во цитозолот, каде под каталитичко дејство на алкохол дехидрогеназата етанолот се оксидира до ацеталдехид.

Вториот чекор се одвива во матрицата на митохондриите каде ензимот алдехид дехидрогеназа катализира оксидација на ацеталдехидот до ацетат (оцетна киселина). Притоа се генерираат 2 молекули NADH. Ацетатот во третиот чекор се претвора во ацетил-КоА (активирана оцетна киселина). Ацеталдехидот е реактивно соединение и формира адукти со најразлични структурни и функционални белковини при што ја нарушува нивната функција.

Оксидативен метаболизам (разградување) во црниот дроб. Алкохол дехидрогеназа (ADH) – го претвора етанолот во ацеталдехид. Ацеталдехид дехидрогеназа (ALDH) – го разградува ацеталдехидот во ацетат (оцетна киселина). Ацеталдехидот е токсичен и одговорен за симптомите на мамурлак. Ацетатот се претвора во ацетил-КоА, кој влегува во циклусот на Кребс и се користи за производство на енергија или се складира како маст. Во основниот метаболизам на етанолот во човечкото тело, главните метаболити се ацеталдехид и ацетат, но во крајната фаза, јаглерод диоксид (CO₂) и вода (H₂O) се конечните продукти.

1. Етанол (C₂H₅OH) → Ацеталдехид (CH₃CHO)
• Оваа реакција ја катализира ензимот алкохол дехидрогеназа (ADH).
• Во овој чекор се ослободува NADH (никотинамид аденин динуклеотид – редуцирана форма).
2. Ацеталдехид (CH₃CHO) → Ацетат (CH₃COO⁻)
• Оваа реакција ја катализира ензимот ацеталдехид дехидрогеназа (ALDH).
• Ацеталдехидот е токсичен и предизвикува симптоми на мамурлак.
3. Ацетат (CH₃COO⁻) → Јаглерод диоксид (CO₂) + Вода (H₂O) + Енергија (ATP)
• Ацетатот влегува во Кребсов циклус (во митохондриите) како ацетил-КоА.
• Преку овој циклус, ацетил-КоА се разградува до CO₂ и H₂O.
• Процесот ослободува дополнителна енергија во форма на ATP.

Крајните продукти на метаболизмот на етанолот се јаглерод диоксид (CO₂) и вода (H₂O), но тие се формираат индиректно преку циклусот на Кребс, а не директно од етанолот.

За повеќето животни, конзумирањето премногу етанол може да биде токсично или во најмала рака да доведе до пијанство. Има евиденција дека дури и слонови се опијаниле од  од ферментирано, презреано  овошје.

Многу се бев опил тој ден....

Но, ориенталниот стршлен... нема гајле. Истражувачите откриле дека овие стршлени не само што толерираат етанол, туку и го метаболизираат со молскавична брзина. Тајната на нивната моќ за алкохол лежи во нивните гени. За разлика од повеќето инсекти - па дури и од луѓето - овие стршлени имаат повеќе копии на гени кои ја кодираат алкохолната дехидрогеназа, ензим што го произведуваат животните што помага да се разложи етанолот. Помислете на тоа дека има дополнителна моќ на црниот дроб да го обработува алкохолот без да се „напие“. Како резултат на тоа, тие ги избегнуваат типичните несакани ефекти како лошо однесување или намален животен век. Тие можат да продолжат да градат сложени гнезда, да ги бранат своите колонии и да зујат за нивниот бизнис како ништо да не се случило.

Во природата, зрелите плодови и другите растителни производи можат да произведат алкохол преку природна ферментација или распаѓање. Бидејќи таквата храна е многу хранлива (етанолот има речиси двојно поголема калорична содржина од шеќерот), ова привлекува многу животни кон неа. Меѓутоа, поради токсичноста на алкохолот, изобилството од таква храна може да биде штетно. Ако концентрацијата на етанол надмине 4%, негативните ефекти се јавуваат дури и кај видовите кои се навикнати на мали количини на алкохол во нивната исхрана, а повисоките вредности може да предизвикаат смрт. 

Утрото после забавата...

Меѓутоа, зоолозите од Тел Авив идентификуваа исклучок од ова правило. Во лабораториски експерименти, научниците им давале на стршлените Vespa orientalis слатки раствори со различна содржина на етанол една недела. Инсектите не биле повредени дури и кога јачината достигна 80%. Истражувачите ги започнале своите експерименти со долна граница од 20%. Ова е максималната можна вредност за време на ферментацијата на природниот квасец - микроскопски габи кои природно живеат на површината на различни овошја, бобинки и цвеќиња. Откако не виделе негативни реакции, научниците почнале да ја зголемуваат содржината на алкохол за да ја утврдат најголемата концентрација што источните стршлени можат да ја толерираат. Како резултат на тоа, тој е доведен до 80%. Иако по таков „шот“ стршлените некое време не можеле да летаат или да се движат нормално, а некои биле забележани како лежат на грб, инсектите набрзо се враќале во нормала. Откако го обработиле етанолот, тие продолжиле да го градат гнездото како ништо да не се случило. Ова ги изненадило истражувачите бидејќи сличен експеримент со пчелите резултирал со нивна смрт во рок од 24 часа.

Според научниците, извонредната отпорност на источните стршлени на алкохол се објаснува со високата стапка на метаболизам на етанол во нивното тело, што веројатно е обезбедено со присуството кај претставниците на родот Vespa на неколку копии на гени одговорни за разградување на алкохолот (алкохол дехидрогеназа, NADP ⁺). Оваа карактеристика би можела да се развие во процесот на еволуција - како резултат на взаемна, односно заемно корисна врска со природниот квасец Saccharomyces cerevisiae, кој се јавува во природата и се користи и во печење и производство на алкохол. Од минатите истражувања е познато дека овие микроскопски габи, кои не можат да толерираат студ, презимуваат и се размножуваат во цревата на социјалните оси, кои вклучуваат стршлени. Како „реципрочна услуга“, квасецот им дава енергија на инсектите со ферментирање на плодовите и нектарот со кои се хранат. За да го издржат овој товар, стршлените очигледно стекнале дополнителни гени кои обезбедуваат отпорност на алкохол.

Добро,  утврдивме дека овие стршлени се тешки пијаници на природата, но зошто е важно за нас? Нивната способност да го разградат алкохолот толку ефикасно не е само „кул“ трик за забава; всушност може да им помогне на научниците да ја разберат толеранцијата и зависноста од алкохол кај луѓето. Овие стршлени имаат генетска предност што им овозможува брзо да го обработуваат алкохолот, спречувајќи токсично наталожување од супстанци како ацеталдехид. Кај луѓето, индивидуалните разлики во гените на алкохол дехидрогеназа и алдехид дехидрогеназа влијаат на тоа како различни луѓе го обработуваат алкохолот. Ова влијае на сè, од нивоата на толеранција и сериозноста на мамурлакот до веројатноста за развој на нарушување на употребата на алкохол, исто така познато како зависност од алкохол. Разбирањето како овие стршлени го избегнуваат пијанството и покрај постојаната изложеност, може да нè доведе до нови начини за намалување на здравствените ризици поврзани со алкохолот кај луѓето..

Авторите на новата научна работа истакнаа дека нивниот експеримент и други слични студии се важни бидејќи го прошируваат знаењето за природата на толеранцијата на етанол. Со нивна помош, научниците ќе можат подобро да ги разберат механизмите на нарушувањата на употребата на алкохол и да најдат нови методи за нивно лекување.