Zamislite kada bismo mogli da udišemo mirise koji odlažu pojavu raka, upale ili neurodegenerativne bolesti. Istraživači sa Univerziteta Kalifornije, Riverside, spremni su da ovu futurističku tehnologiju približe stvarnosti.
U laboratorijskim eksperimentima, tim predvođen Anandasankarom Rejem, profesorom molekularne, ćelijske i sistemske biologije, izložio je voćnu mušicu (Drosophila melanogaster) dijacetilu, mikrobnom isparljivom jedinjenju koje oslobađa kvasac, i otkrio promene u ekspresiji gena u antenama muve. za samo nekoliko dana. U odvojenim eksperimentima, tim je otkrio slične promene u ekspresiji gena u miševima i ljudskim ćelijama.
„To izlaganje mirisu može direktno da promeni ekspresiju gena, čak i u tkivima koja nemaju receptore za mirise, bilo je potpuno iznenađenje“, rekao je Rej. „Ovi molekuli su u stanju da dođu do ćelijskog jezgra kroz ćelijsku membranu.“
Diacetil se široko koristi u aromama za hranu i piće. Prirodno se javlja u raznim mlečnim proizvodima i prirodni je nusproizvod fermentacije i pivarstva. Dok se diacetil nalazi u pivu, vinu, grčkom jogurtu i mnogim plodovima koji sazrevaju, smatra se da je nebezbedno udisati u visokim koncentracijama.
„Naše početno otkriće je napravljeno korišćenjem diacetila, kao dokaza koncepta, i ovo jedinjenje možda nije savršen kandidat za terapiju“, rekao je Rej. „Već radimo na identifikaciji drugih isparljivih materija koje dovode do promena u ekspresiji gena. Naš važan nalaz je da neka isparljiva jedinjenja koja se emituju iz mikroba i hrane mogu promeniti epigenetska stanja u neuronima i drugim eukariotskim ćelijama. Naš je prvi izveštaj o ponašanju uobičajenih isparljivih materija. na ovaj način. Otvara čitavo polje istraživanja. Mogućnosti su neograničene.“
Istraživanje, objavljeno u eLife-u, pokazuje da su promene u ekspresiji gena i hromatinu – mešavini DNK i proteina koji formiraju hromozome – moguće u organizmu čak i ako organizam aktivno ne konzumira izvor isparljivih jedinjenja. Izvor bi mogao biti čak i na određenoj udaljenosti od organizma.
„Prvi put smo pokazali da neki od ovih molekula mirisa kojima smo izloženi i koji se apsorbuju u ćelije naše kože, nosa, pluća, čak i verovatno u mozak kroz krvotok, suštinski menjaju ekspresiju gena“, Rej rekao. „Da li je ovo nešto zbog čega treba da brinemo? Kako to utiče na našu predispoziciju za određene bolesti? Kako tačno utiče na gene koje izražavamo? Ova pitanja ostaju bez odgovora.“
Rejov tim je otkrio da diacetil može delovati kao inhibitor enzima histon deacetilaze, ili HDAC, i otkrio nekoliko srodnih isparljivih materija sa sličnim potencijalom. HDAC inhibitori se koriste kao lekovi protiv karcinoma i mogu se koristiti i u lečenju inflamatornih bolesti, kao i neurodegeneracije. Kada su HDAC-ovi – koji su konzervirani u biljkama i životinjama – inhibirani, DNK se manje zbije u ćelijama, što dovodi do veće ekspresije gena.
„Ovo otvara potencijal za inhibitore HDAC zasnovane na mirisima da odlože neurodegeneraciju ili nedostatak memorije kod bolesti“, rekao je Rej.
U voćnoj mušici, Rejov tim je otkrio da je izloženost dijacetil isparljivim materijama značajno usporila degeneraciju fotoreceptorskih ćelija povezanih sa Hantingtonovom bolešću. Kod transgenih miševa, tim je otkrio da izloženost diacetilu pokazuje promene u ekspresiji gena u plućima i mozgu; nivoi gena koji su povećani kod karcinoma poput neuroblastoma pokazali su značajno smanjenje kod miševa izloženih diacetilu.
U ljudskim ćelijskim linijama, tim je otkrio da je diacetil promenio nivoe acetilacije, pri čemu su viši nivoi acetilacije rezultirali višim nivoima ekspresije gena. U daljem testiranju na ljudskim ćelijskim linijama raka, tim je otkrio da izlaganje diacetilu sprečava proliferaciju neuroblastoma.
Osim ljudskih bolesti, istraživanje ima ogromne implikacije i na poljoprivredu. Pošto su HDAC-i visoko konzervirani, oni takođe utiču na biljke.
„Izgleda da biljke imaju veoma jak odgovor na neke od ovih isparljivih materija“, rekao je Rej. „U biljkama, na svaki proces koji zahteva promene u ekspresiji gena sada može uticati izlaganje ovoj posebnoj klasi mirisa.“
Rej je objasnio da su isparljive supstance poput sićušnih lekova koji mogu da promene nivoe ekspresije gena i da iskoriste genetski potencijal biljke za poboljšanje rasta korena, lišća, cveća, pa čak i reakcije na abiotički stres poput smrzavanja i suše.
„Hlapljive hemikalije mogu da isporuče terapeutsku dozu biljkama i životinjama, bez potrebe za pilulama ili injekcijama“, rekao je on. „Mogu se jednostavno udahnuti, skoro dajući novo značenje terapiji zasnovanoj na mirisima.“
Uz pomoć Kancelarije za tehnološka partnerstva na UCR-u, Rej je prijavio patente za isparljive supstance koje mogu usporiti neurodegeneraciju i rak i promeniti rast biljaka i reakcije na stres.
