Danski znanstvenici kombinirali su metode molekularne biologije, napredne vizualizacije i računalne analize kako bi proučili jedinstvene sposobnosti ptičjeg vida. Rezultati istraživanja mogli bi otvoriti nove puteve u razvoju terapija za ozljede mozga kod ljudi.
Znanost je riješila zagonetku staru stoljećima. Istraživači su otkrili da mrežnica ptičjeg oka može funkcionirati bez kisika, što dovodi u pitanje dosadašnje spoznaje o načinu rada živčanog tkiva.
Ovo otkriće, objavljeno u znanstvenom časopisu Nature, ne samo da mijenja razumijevanje biologije ptica, već otvara i potencijalne mogućnosti liječenja oštećenja mozga kod ljudi, uključujući ona nastala kao posljedica moždanog udara.
Istraživanje su vodili Christian Damsgaard, biolog i izvanredni profesor, te Jens Randle Niengaard, profesor kliničke medicine, obojica sa Sveučilišta Aarhus u Danskoj. U projektu su sudjelovali i stručnjaci za veterinarsku anesteziju te molekularnu biologiju.
Zagonetka savršenog vida kod ptica
U uvjetima bez kisika živčane stanice kod većine organizama vrlo brzo odumiru. Zbog toga se mrežnica, tkivo s iznimno visokom potrošnjom energije, oduvijek smatrala potpuno ovisnom o opskrbi krvlju.
Kod većine životinja krvne žile prožimaju živčano tkivo i osiguravaju kisik neuronima. Mrežnica, smještena na stražnjem dijelu oka, troši više energije nego gotovo bilo koje drugo tkivo u tijelu.
Kod ptica postoji paradoks. Njihova mrežnica nema krvne žile, što se naziva avaskularna mrežnica. Ova prilagodba poboljšava vid jer krvne žile ne ometaju prolazak svjetlosti do fotoreceptora. No postavlja se pitanje kako takvo tkivo preživljava bez kisika.
Damsgaard je objasnio da prema svim poznatim pravilima fiziologije takvo tkivo ne bi trebalo biti funkcionalno. Rješavanje ove enigme trajalo je osam godina i zahtijevalo suradnju stručnjaka iz više znanstvenih područja.
Tajna mrežnice
Stoljećima se vjerovalo da struktura poznata kao pecten oculi, izrazito bogata krvnim žilama, opskrbljuje mrežnicu kisikom. Ova struktura izbočena je unutar oka ptica i zbunjivala je znanstvenike još od 17. stoljeća.
Istraživači su primijetili da nitko do sada nije precizno izmjerio razinu kisika u ptičjoj mrežnici u normalnim uvjetima. Niengaard je istaknuo da je takvo mjerenje tehnički iznimno zahtjevno jer podrazumijeva održavanje životinje u stabilnom fiziološkom stanju i vrlo precizna očitanja.
Godine 2020., uz pomoć veterinarske anesteziologinje Catherine Williams, istraživački tim je konačno prikupio potrebne podatke. Rezultati su bili iznenađujući: pecten oculi ne opskrbljuje mrežnicu kisikom. Unutarnja polovica mrežnice konstantno je bez kisika.
Kako bi shvatili kako mrežnica proizvodi energiju u takvim uvjetima, znanstvenici su kombinirali fiziološka mjerenja, molekularnu biologiju, slikovne metode i računalnu analizu. Posebno su koristili prostornu transkriptomiku, metodu koja omogućuje praćenje aktivnosti tisuća gena u različitim dijelovima tkiva.
Otkriveno je da se geni povezani s anaerobnom glikolizom, procesom proizvodnje energije bez kisika, aktiviraju upravo u područjima mrežnice koja su lišena kisika.
No pojavilo se novo pitanje: kako tako energetski zahtjevno tkivo može opstati uz proces koji proizvodi čak petnaest puta manje energije od metabolizma koji koristi kisik.
Istraživači su utvrdili da mrežnica ptica troši znatno više šećera nego ostatak mozga. To su potvrdili snimanjem pomoću radioaktivno obilježenih molekula glukoze.
Ključ rješenja ponovno se nalazio u pectenu. Transkriptomski podaci pokazali su da ova struktura sadrži velik broj transportera za glukozu i laktat. Njena prava uloga je prijenos šećera u mrežnicu i uklanjanje laktata, nusprodukta metabolizma bez kisika.
„Pecten nije izvor kisika. On je sustav za prijenos goriva i otpada“, naglasio je Niengaard.
Ovo otkriće u potpunosti mijenja znanstveno shvaćanje ove strukture. Kako je dodao, znanstveni modeli nisu nepromjenjivi, a novi podaci često zahtijevaju potpuno novo razumijevanje biologije.
Potencijalni doprinos medicini
Istraživači sa Sveučilišta Aarhus istaknuli su da odsutnost krvnih žila u mrežnici ptica poboljšava oštrinu vida te da je ova prilagodba vjerojatno nastala još kod predaka ptica, dinosaura.
Iako je riječ o temeljnom znanstvenom istraživanju, rezultati imaju i potencijalni medicinski značaj. U stanjima poput moždanog udara ljudska tkiva pate od nedostatka kisika i nakupljanja metaboličkih produkata.
Ptičja mrežnica pokazuje da je moguće funkcionirati bez kisika. Razumijevanje tog mehanizma moglo bi inspirirati nove terapijske pristupe kod bolesti povezanih s ishemijom.
U razgovoru za Infobae, dr. Juan Gallo, ravnatelj Instituta za translacijsku medicinu, istaknuo je da proučavanje molekularne biologije ptičje mrežnice može dovesti do otkrića novih molekula i gena čije funkcije do sada nisu bile poznate u medicini.
Prema njegovim riječima, ovo bi moglo otvoriti put translacijskim istraživanjima i razvoju novih metoda za prevenciju ili liječenje bolesti mrežnice.
Ishemija, odnosno smanjeni protok krvi, ključni je čimbenik u razvoju bolesti poput dijabetičke retinopatije, vaskularnih okluzija i kroničnog glaukoma. Novi uvidi u funkcioniranje ganglijskih stanica mogli bi imati značajan utjecaj na razumijevanje i liječenje tih stanja.
