當大自然有答案時，為什么要重新發(fā)明輪子?這就是研究員Michael Janech，博士。南卡羅來納醫(yī)科大學的研究結果是真實的，它來自仿生學領域，研究人員將自然界視為人類問題的創(chuàng)造性解決方案。在Janech的案例中，他的天生靈感來自海豚，他們似乎有保護性蛋白質，可能包含治療人類老化相關疾病的線索。最近發(fā)表在9月26日Nature的科學報告上的一項研究發(fā)現(xiàn)，海豚血清中含有非常高水平的抗氧化蛋白。

MUSC腎臟病學蛋白質組學實驗室主任Janech表示，他對這一發(fā)現(xiàn)感到驚訝，并對如何在未來的研究中用于幫助人類感到興奮。海豚能夠幸存下來，在不造成傷害的情況下剝奪重要的氧氣器官，對人類來說是致命的。在可持續(xù)長達90分鐘的潛水期間，海洋哺乳動物限制血液流向其腎臟，肝臟，心臟和肺部，以分流更多氧氣進入大腦。

當海洋哺乳動物重新出現(xiàn)時，含氧血流會恢復到這些器官，而器官不會受到損害。然而，在人類中，缺氧或缺氧以及再次氧合的相同現(xiàn)象，例如在心臟病發(fā)作，中風和急性腎損傷期間經(jīng)歷的，導致釋放被認為損害人體器官的自由基。腎臟研究員和蛋白質組學專家Janech很好奇是什么賦予了海豚這種優(yōu)勢。

他說，蛋白質組學是對基因編碼的所有蛋白質的研究。“我們試圖在細胞或組織或生物體中同時分析所有蛋白質，而不是單個蛋白質。就像基因組學一樣 - 當人們觀察20,000個基因并觀察它們在某些疾病中是高還是低時我們正在用某些蛋白質做同樣的事情。“

這不是一件小事。

“有超過100,000種蛋白質變體，但每種蛋白質都可以被修飾。我們根據(jù)修改有超過一百萬種不同的蛋白質變體。”

由于蛋白質的多樣性如此之大，研究人員通常需要高分辨率的質譜儀，使研究人員能夠準確地確定蛋白質和其他感興趣分子的身份。這種專業(yè)知識在當前研究的出現(xiàn)方式中派上了用場。當Janech與位于加利福尼亞州索薩利托的海洋哺乳動物中心和位于加利福尼亞州圣地亞哥的國家海洋哺乳動物基金會合作，以確定受到西海岸有毒藻類大量繁殖影響的海獅的生物標志物時，他了解到一些管理的海豚美國海軍海洋哺乳動物計劃的生活時間遠遠超過野生動物。

隨著年齡的增長，他們正在發(fā)展胰島素抵抗和脂肪肝疾病，這一過程與人類代謝綜合征的發(fā)展相一致。這一觀察提供了難得的機會。

“這不是任何人在大自然中看到的模型，因為海豚在性質上通常不會這么老，”Janech說。

Janech與圣地亞哥國家海洋哺乳動物基金會轉化醫(yī)學研究項目主任Stephanie Venn-Watson以及佛羅里達州芝加哥動物學會薩拉索塔海豚研究項目主任Randall Wells合作。Venn-Watson是海軍管理海豚種群的獸醫(yī)專家，而Wells是國際上受人尊敬的野生海豚生物學專家。

該小組一起試圖確定管理海豚的胰島素抵抗的原因，然后利用人類和海豚相似性的知識來找到治療這兩種物種狀況的線索。在海軍研究辦公室提供資金的情況下，Janech實驗室開始跟蹤管理和野生寬吻海豚種群血清中的脂聯(lián)素。

脂聯(lián)素(一種胰島素增敏激素)的水平預測與代謝綜合征的管理海豚相比，與野生動物相比不同。為了驗證他們的工作與人類代謝綜合征的相關性，他們還在人類和海豚血清樣本中進行了簡單的蛋白質組學分析。

鑒于哺乳動物中的主要蛋白質在不同物種中是恒定的，他們預計兩種物種中蛋白質的最高濃度相似。然而，當他們看起來低于門檻時，他們發(fā)現(xiàn)的是令人驚訝的，他說。

海豚血清中11種蛋白質的發(fā)病率至少比人類高100倍。起初，該小組將其作為遺傳祖先的差異寫下來：在發(fā)育進化樹的一些系統(tǒng)發(fā)育分支中，一些哺乳動物分枝并發(fā)育成雙趾有蹄類動物，一些繼續(xù)成為靈長類動物。

寬吻海豚是哺乳動物，來自偶蹄類有蹄類動物，如豬，鹿和長頸鹿。為了檢查是否是這種情況，他們還繪制了豬的血清蛋白質組，并再次感到驚訝。5種蛋白質(包括vanin-1和脂聯(lián)素)的100倍排序差異無法通過簡單的系統(tǒng)發(fā)育差異來解釋。

雖然已知脂聯(lián)素在海豚中較高，但作為一種控制攝食期間葡萄糖儲存的方法，非常高的vanin-1是一個新發(fā)現(xiàn)。有趣的是，過高的vanin-1水平與野生海豚的肝功能下降有關，這表明它們在避免代謝綜合征方面具有保護作用。但Janech，Venn-Watson和Wells也注意到了對vanin-1的另一個潛在需求。vanin-1的功能是制造維生素B5，并且這樣做會釋放出一種抗氧化劑，這種抗氧化劑可以保護組織免受傷害，就像缺氧和重新氧合潛水和重修后發(fā)生的一樣。

問題是，這是否也可以幫助人類抵抗導致急性腎損傷的缺氧，Janech已向國家科學基金會申請研究。他和同事正在收集來自許多不同的潛水和非潛水海洋哺乳動物以及陸地哺乳動物的樣本，并繪制他們的蛋白質組圖。他們繼續(xù)目前的合作，還包括查爾斯頓學院格萊斯海洋實驗室的研究生和霍林海洋實驗室國家標準與技術研究所的研究人員，以幫助他們進行測量。

Janech說，從仿生學領域可以學到很多東西，特別是與蛋白質組學相結合。

“蛋白質是基因的主力。它是基因如何為細胞提供功能。細胞的作用通過蛋白質發(fā)生。這就是我們想要研究蛋白質的原因。這些是你的酶，”他說。

“這是第一步。我們想問一個動物可以做些什么會傷害人類的事情，他們每天都這樣做。我們可以把它帶回人類醫(yī)學嗎?”