Informácie

Prečo antibiotiká neovplyvňujú mitochondrie?

Prečo antibiotiká neovplyvňujú mitochondrie?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vzhľadom na to, že mitochondrie sú evolučne úzko spojené s baktériami a antibiotiká zabíjajú baktérie, prečo antibiotiká nezabíjajú aj mitochondrie?


Krátka odpoveď je, ako ste zistili, že mitochondrie sú obalené dvojitou membránou, a preto je ťažšie preniknúť antibiotikami.

Dlhá odpoveď je, že niektorí z nich áno. Dobré antibiotiká sa zameriavajú na štruktúry, ktoré sa bežne vyskytujú na baktériách a sú v nich konzervované, ktoré sa nenachádzajú v ľudských telách. Niektoré antibiotiká sú o niečo menej špecifické a skutočne môžu interagovať s inými molekulami. Alergia na penicilín je napríklad spôsobená reakciou imunitného systému na „nový“ proteín, ktorý vzniká, keď sa penicilín naviaže na povrch červených krviniek. Niektoré antibiotiká skutočne môžu mitochondriám ublížiť, no tie zvyčajne nepoužívame a väčšinu z nich by sme vlastne ani nenazvali antibiotikami, pretože by sme ich nepoužívali pre ich škodlivé účinky. Tu je veľmi nedávna správa zaoberajúca sa niektorými antimitochondriálnymi účinkami niektorých antibiotík. Aby som citoval z abstraktu:

Ukazujeme, že klinicky relevantné dávky baktericídnych antibiotík - chinolónov, aminoglykozidov a β-laktámov - spôsobujú mitochondriálnu dysfunkciu a nadmernú produkciu ROS [reaktívne formy kyslíka] v bunkách cicavcov. Ukazujeme, že tieto baktericídne antibiotikami indukované účinky vedú k oxidačnému poškodeniu DNA, proteínov a membránových lipidov.


  • duplicitné gény kódujúce každú zo štyroch podjednotiek (23S, 16S, 4,5S a 5S) ribozomálna RNA (rRNA) používa chloroplast
  • 37 génov kódujúcich všetky molekuly transferovej RNA (tRNA) používané na transláciu v chloroplaste. Niektoré z nich sú na obrázku znázornené čiernymi pruhmi (niekoľko z nich je označených).
  • 4 gény kódujúce niektoré podjednotky RNA polymerázy používané na transkripciu v chloroplaste (3 z nich sú znázornené modrou farbou)
  • gén kódujúci veľkú podjednotku enzýmu RUBISCO (ribulóza bisfosfát karboxylázová oxygenáza)
  • 9 génov pre komponenty fotosystémov I a II
  • 6 génov kódujúcich časti chloroplastovej ATP syntázy
  • gény pre 19 z nich
  • kódované jadrovými génmi
  • preložené do cytosólu a
  • dovážané do chloroplastu.
  • veľký kódovaný v chloroplastovom genóme a syntetizovaný v chloroplaste a
  • malá podjednotka kódovaná v jadrovom genóme a syntetizovaná ribozómami v cytosóle. Malá podjednotka sa potom musí importovať do chloroplastu.

Usporiadanie génov znázornené na obrázku sa nachádza nielen u machorastov (machy a pečeňovky), ale aj u lykožrútov (napr. Lycopodium a Selaginella). Vo všetkých ostatných rastlinách je však časť DNA ohraničená červenými šípkami vľavo obrátená. Sú prítomné rovnaké gény, ale v obrátenom poradí. Obrázok je založený na práci Ohyama, K., et al., Príroda, 322:572, 7. augusta 1986 a Linda A. Raubeson a R. K. Jansen, Veda, 255:1697, 27. marca 1992.


Päť vecí, ktoré ste nevedeli o antibiotikách a vašom mozgu

Máme radi naše príbehy elegantné, s dobrými chlapmi v bielych klobúkoch a zlými chlapmi v čiernom, ale príroda sa posmieva našim binárnym dejovým líniám. Dôležitým a aktuálnym príkladom našej tendencie k prílišnému zjednodušovaniu je užívanie antibiotík.

Antibiotiká sú úžasnými záchrancami života, no nie sú bez vedľajších účinkov. Jednak môžu mať prekvapivý vplyv na náš mozog. Tu je päť málo známych interakcií medzi antibiotikami a mozgom.

1. Prvým antidepresívom bolo antibiotikum.

V roku 1882 Robert Koch zistil, že tuberkulózu spôsobujú baktérie a čoskoro boli zriadené sanatóriá, ktoré sa zaoberali nákazlivými pacientmi.

Ľudia s TBC sú často utlmení a sanatóriá boli zvyčajne tiché, pochmúrne miesta. V roku 1951 sa vedci rozhodli vyskúšať nové antibiotikum, nazývané izoniazid, na liečbu baktérií TBC. Na ich prekvapenie mali pacienti zvláštnu reakciu: na chodbách sa začali smiať a tancovať. Zamestnanci zistili, že utišujú svojich zvyčajne rezervovaných pacientov. Vedci si uvedomili, že čistou náhodou objavili prvé antidepresívum. [1]

Zistili, že izoniazid zabraňuje rozpadu neurotransmiterov vrátane serotonínu, dopamínu a epinefrínu. Preteky boli v hľadaní nových liekov, ktoré by mohli ovplyvniť neurotransmitery. Toto zameranie nakoniec viedlo ku všetkým moderným antidepresívam vrátane Prozacu, Wellbutrinu, Zoloftu a ďalších.

Prakticky zabudnuté v celom tom huncúte: izoniazid je antibiotikum. Okrem pozdvihnutia nálady liek mení aj mikrobiotu. Toto bol prvý pohľad na spojenie medzi mikróbmi a funkciou mozgu a rýchlo sa na to zabudlo.

2. Materské antibiotiká môžu ovplyvniť vývoj mozgu u dieťaťa.

V krajinách tretieho sveta, kde sú infekcie endemické, môže podávanie antibiotík matke počas tehotenstva zvýšiť pravdepodobnosť, že jej dieťa bude mať zdravú pôrodnú hmotnosť. Ale v krajinách s vysokými príjmami je užívanie antibiotík počas tehotenstva spojené s nízka pôrodná hmotnosť. prečo je to tak?

Väčšina matiek o tom nevie, no svojim deťom odovzdávajú viac než len svoje vlastné gény: odovzdávajú aj mikrobiálne gény. Takže keď mama ochorie alebo berie antibiotiká, môže to ovplyvniť toto mikrobiálne dedičstvo. Infekcie matky a užívanie antibiotík počas tehotenstva sú spojené so zvýšeným výskytom schizofrénie, autizmu, úzkosti a depresie neskôr v živote dieťaťa.[2]

Predtým, ako sa zbláznite, nezabudnite, že asociácie neznamenajú kauzalitu a antibiotiká počas tehotenstva môžu zachrániť život matky aj dieťaťa. Ale stojí za to mať na pamäti, že širokospektrálne antibiotiká môžu tiež poškodiť mikrobiotu spôsobom, ktorý môže mať trvalý vplyv na dieťa.

3. Antibiotiká v detstve môžu ovplyvniť vývoj mozgu.

Prvých 1000 dní nášho detstva je výnimočných. Vtedy sa náš imunitný systém musí naučiť tolerovať naše prospešné baktérie. Aj keď sú detaily stále záhadné, treba to urobiť, inak budeme navždy bojovať s našimi pomocníkmi a pripraviť nás na dlhodobý zápal.

Správne je dôležité: správna mikroflóra pomáha nášmu mozgu normálne sa rozvíjať.[3] Podávanie antibiotík počas tohto akomodačného obdobia zabíja baktérie, s ktorými sa musíme spriateliť. U myší môže nedostatok baktérií spôsobiť abnormálnu stresovú reakciu. Ak týmto myšiam poskytnete zdravú mikroflóru, vrátia sa späť na správnu cestu, ale iba ak sú mladšie ako tri týždne. Potom sa ich stresová reakcia nemôže zotaviť.

Ľudia nie sú myši, ale dojčatá, ktoré užívajú antibiotiká, majú menej rôznorodú mikroflóru a je pravdepodobnejšie, že v dospelosti dostanú IBD a depresiu. Ak ich vaše dieťa naozaj potrebuje, nezdržujte sa, ale urobte všetko pre to, aby toto ranné tréningové obdobie bolo čo najnormálnejšie.

4. Antibiotiká môžu spôsobiť psychózu.

Lekári od roku 1945 zdokumentovali širokú škálu duševných komplikácií s penicilínom. Zoznam symptómov je dlhý, vrátane záchvatov, afázie, kŕčov, psychóz, zmätenosti, letargie, úzkosti a kómy. Lekári nedávno zdokumentovali viac prípadov vážneho narušenia mozgových funkcií u ľudí, najmä starších ľudí, ktorí užívali iné antibiotiká ako penicilín. [4]

Nie je jasné, aký je proces, ktorý vedie k poruche mozgu, ale štúdie ukazujú zníženie neurotransmiteru GABA. Mnohé antibiotiká majú štruktúru, ktorá napodobňuje GABA a – ak dokážu narušiť hematoencefalickú bariéru – môžu upchať receptory GABA. Prispievajúce faktory môžu zahŕňať smrť baktérií produkujúcich GABA alebo endotoxíny uvoľnené usmrtenými baktériami.[5] Alebo, ako je to často v biológii, všetky tieto môžu hrať úlohu.

Dobrou správou je, že keď sa antibiotiká vysadia, tieto prípady zvyčajne rýchlo ustúpia.

5. Antibiotiká dokážu vyliečiť určité psychózy.

Ak ste lekár alebo zdravotná sestra, pravdepodobne o tom viete. Hepatálna encefalopatia, ako už názov napovedá, je problém pečene, ktorý postihuje mozog. Môže spôsobiť úzkosť a hlboké zmeny osobnosti. Nie je to nič nové: Hippokrates si všimol pacientov s ochorením pečene a zlou náladou. Povedal: "Tí, ktorí sú šialení pre žlč, sú hluční, zlomyseľní a nemlčia."

Na vine je amoniak, ktorý spôsobuje edém v mozgu. Ak sa nelieči, môže viesť ku kóme a smrti. Amoniak je produktom určitých črevných baktérií. Jednou liečbou je laktulóza, cukor, ktorý konzumujú baktérie Lactobacillus, ktoré potom znižujú pH v čreve. Táto zvýšená kyslosť zabíja mnohých z týchto producentov amoniaku.

Ďalšou liečbou je rifaximín, antibiotikum, ktoré pôsobí priamo na črevné baktérie. Schopnosť liečiť túto konkrétnu psychózu antibiotikami je ďalšou pripomienkou neočakávaného vplyvu našich črevných baktérií na náš mozog.

Výsledok

Antibiotiká sú úžasné lieky, ktoré zachránili milióny životov, no v prírode nič nie je čiernobiele. Päť príbehov, ktoré tu uvádzame, ukazuje, že spojenie čreva a mozgu je citlivé na antibiotiká. To je zaujímavá vec, ktorú treba zvážiť, keď nabudúce dostanete infekciu.

[1] Butler, Mary I., Kiran Sandhu, John F. Cryan a Timothy G. Dinan. "Od izoniazidu k psychobiotikám: Črevný mikrobióm ako nový antidepresívny cieľ." British Journal of Hospital Medicine (Londýn, Anglicko: 2005) 80, č. 3 (2. marca 2019): 139–45.

[2] Gur, Tamar L., Brett L. Worly a Michael T. Bailey. "Stres a komenzálna mikrobiota: Dôležitosť pri pôrode a neurálnom vývoji dojčiat." Hranice v psychiatrii 6 (2015).

[3] Stilling, Roman M., Seth R. Bordenstein, Timothy G. Dinan a John F. Cryan. "Priatelia so sociálnymi výhodami: Interakcie hostiteľa a mikróbov ako hnacia sila evolúcie a vývoja mozgu?" Hranice bunkovej a infekčnej mikrobiológie 4 (2014): 147.

[4] Bhattacharyya, Shamik, Richard Darby, Pooja Raibagkar, Luis Gonzalez Castro a Aaron Berkowitz. Encefalopatia spojená s antibiotikami: Komplexný prehľad 391 hlásených prípadov (P3.383). Neurológia 86, č. Dodatok 16 (5. apríla 2016): P3.383.

[5] Grill, Marie F a Rama K Maganti. "Neurotoxické účinky spojené s užívaním antibiotík: Úvahy o manažmente." British Journal of Clinical Pharmacology 72, č. 3 (september 2011): 381–93.


Prečo antibiotiká účinkujú na vírusy?

Vírusy sa líšia od baktérií, majú inú štruktúru a iný spôsob prežitia. Vírusy nemajú bunkové steny, ktoré môžu byť napadnuté antibiotikami, namiesto toho sú obklopené ochranným proteínovým obalom.

Na rozdiel od baktérií, ktoré napádajú bunky vášho tela zvonku, vírusy sa do nich skutočne presúvajú, žijú v nich a vytvárajú svoje kópie v bunkách vášho tela. Vírusy sa nedokážu samy rozmnožovať, ako to robia baktérie, namiesto toho sa pripájajú k zdravým bunkám a preprogramujú tieto bunky, aby vytvorili nové vírusy. Kvôli všetkým týmto rozdielom antibiotiká na vírusy neúčinkujú.


Keď sa už infekcie nedajú liečiť antibiotikami prvej línie, treba nasadiť drahšie lieky. Dlhšie trvanie choroby a liečby, často v nemocniciach, zvyšuje náklady na zdravotnú starostlivosť, ako aj ekonomickú záťaž pre rodiny a spoločnosti.

Antibiotická rezistencia ohrozuje výdobytky modernej medicíny. Transplantácie orgánov, chemoterapia a operácie ako cisársky rez sa stávajú oveľa nebezpečnejšími bez účinných antibiotík na prevenciu a liečbu infekcií.


Odpájacie prostriedky

2,4-dinitrofenol

Zlúčenina 2,4-dinitrofenol (DNP) pôsobí ako protónový ionofór, to znamená, že viaže protóny na jednej strane membrány a keďže je rozpustný v tukoch, presúva sa na opačnú stranu, kde protóny stráca. V skutočnosti sú asociácie/disociácie náhodné, ale pravdepodobnosť väzby je najväčšia na strane membrány s najväčšou koncentráciou protónov a najmenšia na strane s nižšou koncentráciou. Je teda nemožné udržať protónový gradient s dostatočným DNP v systéme.

Je známe, že DNP má zmiešané účinky, to znamená, že okrem odpájania má aj iné účinky. DNP postupne inhibuje samotný transport elektrónov, pretože je zabudovaný do mitochondriálnych membrán. Zdá sa, že účinky závisia od koncentrácie DNP a mitochondrií a líšia sa od jedného prípravku k druhému.

V tridsiatych rokoch minulého storočia bol DNP propagovaný ako účinná tabletka na chudnutie. Odpojenie transportu elektrónov od syntézy ATP skutočne umožňuje rýchlu oxidáciu Krebsových substrátov, čím sa podporuje mobilizácia uhľohydrátov a tukov, pretože regulačné dráhy sú naprogramované tak, aby udržiavali koncentrácie týchto substrátov na stanovených úrovniach. Keďže energia sa stráca ako teplo, biosyntéza nie je podporovaná a strata hmotnosti je dramatická. Avšak, aby som citoval Efraima Rackera (Nový pohľad na mechanizmy v bioenergetike, Academic Press, 1976, s. 155), . " liečba eliminovala nielen tuk, ale aj pacientov. To na chvíľu odradilo lekárov. "

Nie je dobrý nápad zahrávať sa s bunkovým metabolizmom.

Karbonylkyanid p-[trifluórmetoxyl]-fenyl-hydrozón (FCCP)


Zdroje

Organizácie pre mitochondriálne choroby

  • United Mitochondrial Disease Foundation (UMDF) https://www.umdf.org/
  • Organic Acidemia Association https://www.oaanews.org/
  • Skupina na podporu porúch mastnej oxidácie https://fodsupport.org/

Ostatné národné organizácie

  • ARC https://thearc.org/
  • Nadácia March of Dimes Birth Defect Foundation https://www.marchofdimes.org/
  • Národné centrum zdravotníckych informácií (NHIC) https://health.gov/our-work/health-literacy/resources/national-health-information-center
  • Národný inštitút zdravia (NIH) https://www.nih.gov/
  • Národná organizácia pre zriedkavé choroby (NORD) https://rarediseases.org/
  • Oley Foundation https://oley.org/

Naposledy posúdené lekárom Cleveland Clinic dňa 31.05.2018.

Referencie

  • United Mitochondrial Disease Foundation. Čo je mitochondriálna choroba? Prístupné 20.5.2020.
  • Nadácia detskej neurológie. Mitochondriálne choroby. Prístupné 20.5.2020.
  • Národná knižnica medicíny/genetiky v USA Home Reference. Aké sú rôzne spôsoby zdedenia genetického stavu? Prístupné 20.5.2020.

Cleveland Clinic je neziskové akademické lekárske centrum. Reklama na našej stránke pomáha podporovať naše poslanie. Nepodporujeme produkty alebo služby, ktoré nepochádzajú z Cleveland Clinic. politika

Cleveland Clinic je neziskové akademické lekárske centrum. Reklama na našej stránke pomáha podporovať naše poslanie. Nepodporujeme produkty alebo služby, ktoré nepochádzajú z Cleveland Clinic. politika

Cleveland Clinic je neziskové akademické lekárske centrum. Reklama na našej stránke pomáha podporovať naše poslanie. Nepodporujeme produkty alebo služby, ktoré nepochádzajú z Cleveland Clinic. politika


Prečo antibiotiká neúčinkujú na vírusy?

Aby sme tomu dali zrozumiteľnú, aj keď tak trochu škaredú perspektívu, povedzme, že váš domov je vaše telo a antibiotiká sú sprej na muchy. Čo sa stane, ak svojmu domovu doprajete „antibiotikum“ v spreji na muchy? (Bakteriálne) šváby a muchy zomrú veľmi neatraktívnym spôsobom, ako mávajú chrbtom a nohami, zatiaľ čo (vírusové) myši budú po počiatočnom nesúhlasnom pričuchnutí nahlodávať celý pocit pohody vášho domova. vzduchu.

A tu máte pomerne hrubé, ale presné zhrnutie toho, prečo antibiotiká nefungujú na vírusy, baktérie a vírusy sú úplne odlišné zvieratá. A to je mierne povedané.

Vírusy sú úžasne malé

Vírusy sú asi stokrát menšie ako ľudská bunka. A ak nemáte ani potuchy, aká veľká je ľudská bunka, skúste z Marsu zahliadnuť myšiaka svojho dieťaťa.

Vírusy sú tiež najbežnejšou biologickou jednotkou na planéte Zem, nie je to príjemný fakt, je to len fakt a ich kolektívne množstvo potenciálneho poškodenia prevyšuje všetky ostatné biologické skupiny dohromady.

Je chrípka vírus?

Je to tak, a ako všetky vírusy, nemôžete to poraziť, musíte liečiť bolesti, nádchu a horúčku, kým sa vírus neomrzí a nezmizne. Zatiaľ čo každý medicínsky výskumník, ktorý stojí za to, sa v každom výskumnom laboratóriu na svete snaží poraziť vírusy, aktuálne skóre je: Vírusy 1, Výskumníci 0 a je od roku Bodka.

Aké stavy spôsobujú vírusy?

Kde začať? Väčšina kašľa, nádchy a kvapkania z nosa je spôsobená vírusmi, rovnako ako zápaly dutín, priedušiek a, samozrejme, chrípka, ktorá je bežnejšie známa ako chrípka. Bolesť hrdla? Pravdepodobne vírus. Ušná infekcia? To isté. A, samozrejme, existujú aj iné ochorenia, ktoré sú bežnejšie akceptované ako vírusové, ako sú ovčie kiahne, pásový opar a herpes.

Aké sú niektoré z najhorších vírusov?

No, toto nebude ľahké čítanie, ale všetci sme počuli o Ebole, hemoragickej horúčke, ktorá je smrteľná v približne 9 z 10 prípadov. Besnota je vírus a rovnako deštruktívny. HIV netreba predstavovať a je to vírus. Potom sú tu kiahne, menej pravdepodobné, že budú smrteľné približne v 3 z 10 prípadov, ale napriek tomu je to hrozný vírus.

Ako môžeme poraziť vírus?

Väčšina vírusov nereaguje priaznivo na lieky, takže sa v prvom rade spoliehame na náš imunitný systém, aby bojoval v mene medicíny, nie vždy je to rýchly boj. A, bohužiaľ, väčšina závažnejších vírusov bude mať tendenciu sa skôr zhoršiť ako zlepšiť.

Obyčajný kašeľ alebo nádcha však môžu pretrvávať aj týždeň. Najlepší plán útoku je trojcestný plán odpočinku, dostatku vody a zvládania symptómov. Lieky proti bolesti a horúčke, ako je paracetamol a ibuprofén, vám pomôžu udržať sa pohodlnejšie, kým váš imunitný systém neurobí svoje.

Vírus však nezabijú. Stále čakáme na ten monumentálny medicínsky prielom.

A ak by ste chceli byť priamo pri tom, keď sa to stane, nikdy nebol lepší čas začať svoju lekársku kariéru. Môžete robiť všetku svoju prácu v kurze online vo svojom vlastnom čase a zároveň zarábať vo svojej súčasnej práci. Potom a až potom sa pustíte do plne plateného lekárskeho školenia na mieste, aby ste dokončili svoju kvalifikáciu.


Nové poznatky o tom, ako antibiotiká poškodzujú ľudské bunky, naznačujú nové stratégie na zvýšenie bezpečnosti dlhodobého používania antibiotík

Tím vedcov z Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering na Harvardskej univerzite zistil, prečo dlhodobá liečba mnohými bežnými antibiotikami môže spôsobiť škodlivé vedľajšie účinky - a odhalili dve jednoduché stratégie, ktoré by mohli pomôcť zabrániť týmto nebezpečným reakciám. O výsledkoch informovali v júlovom vydaní z 3. júla Veda Translačná medicína.

„Klinické hladiny antibiotík môžu spôsobiť oxidačný stres, ktorý môže viesť k poškodeniu DNA, proteínov a lipidov v ľudských bunkách, ale tento účinok môžu zmierniť antioxidanty,“ povedal Jim Collins, Ph.D., ktorý viedol štúdiu. Collins, priekopník syntetickej biológie a člen základnej fakulty Wyss Institute, je tiež významným profesorom Williama F. Warrena na Bostonskej univerzite, kde vedie Centrum syntetickej biológie.

Lekári často predpisujú antibiotiká voľne a myslia si, že poškodzujú baktérie, pričom ľudské tkanivo ponecháva neporušené. V priebehu rokov sa však nahromadili správy o príležitostných vedľajších účinkoch rôznych antibiotík, vrátane zápalu šliach, problémov s vnútorným uchom a straty sluchu, hnačky, zhoršenej funkcie obličiek a iných problémov.

Collins mal podozrenie, že tieto vedľajšie účinky sa vyskytli, keď antibiotiká spustili oxidačný stres - stav, v ktorom bunky produkujú chemicky reaktívne molekuly kyslíka, ktoré poškodzujú DNA a enzýmy baktérie, ako aj membránu, ktorá bunku obklopuje.

Collinsov tím už zistil, že antibiotiká, ktoré zabíjajú baktérie, to robia spúšťaním oxidačného stresu v baktériách. Zaujímalo ich, či antibiotiká nespôsobujú vedľajšie účinky spúšťaním oxidačného stresu v mitochondriách, organele podobnej baktérii, ktorá zásobuje ľudské bunky energiou.

Sameer Kalghatgi, Ph.D., bývalý postdoktorand v Collinsovom laboratóriu, ktorý je teraz Senior Plasma Scientist v EP Technologies v Akrone, Ohio, a Catherine S. Spina, M.D./Ph.D. kandidát na Bostonskej univerzite a výskumník na Wyss Institute najprv testovali, či klinické hladiny troch antibiotík – ciprofloxacínu, ampicilínu, kanamycínu – spôsobujú oxidačný stres v kultivovaných ľudských bunkách. Zistili, že všetky tieto lieky boli po šiestich hodinách liečby bezpečné, no dlhodobejšia liečba trvajúca asi štyri dni spôsobila poruchu mitochondrií.

Kalghatgi a Spina potom urobili sériu biochemických testov, ktoré ukázali, že rovnaké tri antibiotiká poškodzujú DNA, proteíny a lipidy kultivovaných ľudských buniek – presne to, čo by sa dalo očakávať od oxidačného stresu.

Výsledky znamenajú, že "lekári by mali predpisovať antibiotiká len vtedy, keď sú vyzvaní, a pacienti by mali žiadať antibiotiká len vtedy, keď majú vážnu bakteriálnu infekciu," povedal Collins.

Tím tiež liečil myši rovnakými tromi antibiotikami v dávkach veľkosti myši podobných tým, ktoré pacienti dostávajú na klinike. Dlhodobá liečba každým z troch antibiotík poškodila lipidy zvieraťa a spôsobila pokles hladín glutatiónu, jedného z prirodzených antioxidantov v tele, čo je ďalší príznak oxidačného stresu.

Aby sa však na klinike niečo zmenilo, vedci stále potrebovali spôsob, ako zabrániť oxidačnému stresu vyvolanému antibiotikami - alebo spôsob, ako ho opraviť, keď sa vyskytoval. Našli obe. Dokázali predísť oxidačnému stresu použitím bakteriostatického antibiotika - antibiotika, akým je tetracyklín, ktorý zastavuje množenie baktérií, ale nezabíja ich. Mohli by tiež zmierniť oxidačný stres vyčistením chemicky reaktívnych molekúl kyslíka antioxidantom schváleným FDA nazývaným N-acetylcysteín alebo NAC, ktorý sa už používa na liečbu detí s cystickou fibrózou.

Nové výsledky prichádzajú po dvoch ďalších nedávnych objavoch v liečbe antibiotikami od Collinsovej skupiny - správa v Príroda ukazujúce, že vírusy v črevách, ktoré infikujú baktérie, obsahujú gény, ktoré spôsobujú rezistenciu na antibiotiká, a ďalšia správa v Veda Translačná medicína ukazujú, že striebro môže zvýšiť účinnosť mnohých široko používaných antibiotík.

„Jim a jeho tím sa pohybujú rýchlosťou blesku smerom k odhaleniu lekárskych záhad, ktoré stoja v ceste bezpečnej a účinnej antibiotickej liečbe,“ povedal Don Ingber, M.D., Ph.D., zakladajúci riaditeľ Wyss Institute. "Lekári už roky vedia, že antibiotiká občas spôsobujú vážne vedľajšie účinky, a Jimove nové zistenia ponúkajú nie jednu, ale dve vzrušujúce nové stratégie, ktoré by mohli vyriešiť tento dlho zanedbávaný problém verejného zdravia."

Ďalej Collins plánuje ďalšie štúdie na zvieratách s cieľom nájsť najlepšie spôsoby nápravy oxidačného stresu. Ale keďže bakteriostatické antibiotiká aj NAC sú už schválené FDA, lekári môžu túto stratégiu čoskoro použiť.

"Máme záujem zistiť, či by sa to dalo presunúť na kliniku," povedal Collins.


Bunková elektráreň

Vamsi Mootha skúma mitochondrie a kyslík a nachádza nové spôsoby, ako porozumieť chorobe.

Vamsi Mootha s obrázkom z jeho laboratória, ktorý ukazuje vláknité mitochondrie (zelené) pohybujúce sa v bunke.

Portrét a koláž od Jima Harrisona obrázok mitochondrií s láskavým dovolením Vamsi Mootha a laboratória Mootha


Vamsi Mootha s obrázkom z jeho laboratória, ktorý ukazuje vláknité mitochondrie (zelené) pohybujúce sa v bunke.

Portrét a koláž od Jima Harrisona obrázok mitochondrií s láskavým dovolením Vamsi Mootha a laboratória Mootha

Bočné panely:

Štúdie dynamických molekulárnych interakcií v metabolizme poukazujú na ústrednú úlohu mitochondrií.

Keď Vamsi Mootha prišiel na medicínu na Harvard a zistil, že počasie v Novom Anglicku sa nepodobá ničomu, čo kedy poznal, keď vyrastal v Texase, bol nešťastný. V nádeji, že mu zlepší náladu, ho sesternica jeho otca pozvala na večeru do jej bytu v Somerville. Bol zasnežený piatkový večer, a tak schmatol svoj tenký kabátik a išiel tam na T, posledný kilometer k nej prešiel pešo, pričom jeho tenisky boli premočené, keď sa plahočil cez hromadiaci sa sneh.

Keď prišiel, dala mu uterák, aby sa osušil. Potom, keď urobila večeru, búrka sa zmenila na fujavicu a metro sa vyplo. Mootha sa dozvedel, že bude musieť stráviť noc. Po večeri sa schúlil s učebnicou na provizórnej posteli na podlahe obývačky a začal čítať – na druhý deň 100 strán a viac. "Tú knihu som nakoniec zhltol."

Predmetom boli mitochondrie, drobné organely produkujúce energiu vo vnútri buniek. Začiatkom toho týždňa o nich čítal na hodine patológie, pre ktorú konečná učebnica obsahovala iba jeden krátky odkaz naznačujúci, že mutácie v mitochondriách môžu viesť k ochoreniu ľudského svalstva. „A z nejakého zvláštneho dôvodu som od tej chvíle cítil, že toto je moje povolanie. Mitochondrie boli jediné, na čom som chcel pracovať.“


Mitochondrie v bunke pankreasu. Mitochondrie majú obklopujúce vonkajšie membrány a vnútorné membrány s hlbokými záhybmi, nazývanými cristae, ktoré siahajú ďaleko do mitochondriálnej matrice. Chemické reakcie, ktoré poháňajú bunky, prebiehajú na krysách.
Obrázok © Keith R. Porter/Science Source

O štvrťstoročie neskôr vedie Mootha, bývalý člen MacArthura, vyšetrovateľ lekárskeho inštitútu Howarda Hughesa a profesor medicíny a systémovej biológie na Harvard Medical School (HMS), laboratórium na oddelení molekulárnej biológie v Massachusetts General Hospital. venovaný „bez prepáčenia“ štúdiu tejto organely. Dokonca aj v ére špecializácie sa takéto jedinečné zameranie môže zdať extrémne, ale mitochondrie sú jedným z najkomplexnejších biologických strojov v bunkách - a pravdepodobne najzaujímavejším. Pri správnom fungovaní vytvárajú palivo, ktoré bunky spaľujú. Mitochondriálna dysfunkcia sa na druhej strane podieľa na neurodegeneratívnych poruchách, cukrovke, rakovine, zmenenej imunitnej odpovedi a dokonca aj pri starnutí. Ale keď sa ho opýtali, prečo študuje tieto malé vnútrobunkové stroje, prvý dôvod, prečo Mootha uvádza, je estetický. "Sú nádherné," hovorí a prechádza objemom skenovacích elektrónových mikrografií organely. Niekoľko z týchto čiernobielych obrázkov bolo umelo zafarbených, čo odhaľuje rôzne tvary, ktoré mitochondrie nadobúdajú v rôznych tkanivách. Sú sfarbené do červenej, modrej a zelenej farby, sú ako drahokamy, s vlnovkami, vlnami a cik-cakmi vo vnútri – obrysmi vnútorných membrán, nazývaných cristae.

Mitochondrie produkujú metabolickú energiu oxidáciou sacharidov, bielkovín a mastných kyselín. V päťdielnom dýchacom reťazci organela zachytáva kyslík a spája ho s glukózou a mastnými kyselinami, čím vytvára komplexnú organickú chemickú látku ATP (adenozíntrifosfát), palivo, na ktorom beží život. Bunky môžu tiež produkovať rýchlu a jednoduchú formu energie na báze cukru bez pomoci mitochondrií prostredníctvom anaeróbneho procesu nazývaného glykolýza, ale mitochondrie, ktoré oxidujú rovnaký cukor, poskytujú bunke 15-krát viac energie na použitie. Táto energetická výhoda je všeobecne akceptovaná ako dôvod, prečo pred jednou miliardou až jeden a pol miliardou rokov jedna voľne žijúca baktéria a jednobunkový organizmus s jadrom vstúpili do vzájomne prospešného vzťahu, v ktorom baktéria prijala pobyt vo vnútri bunky. Táto baktéria už nežijúca voľne, vyvinula sa v to, čo je teraz mitochondriou, intracelulárnou organelou.

Nedávne objavy v laboratóriu Mootha naznačili alternatíva vysvetlenie tohto nezvyčajného partnerstva, ktoré sa zameriava na schopnosť organely detoxikovať kyslík jeho spotrebou. Ale nech už je základný dôvod akýkoľvek, toto prastaré, mimoriadne spojenie sa vytvorilo len raz, hovorí Mootha – a evolučný úspech, ktorý priniesol, bol taký veľký, že jedna bunka sa rozmnožila a stala sa predkom všetky rastliny, živočíchy a huby.

Nikto nevie, ako vyzerala prvá bunka, ale baktéria, ktorá sa v nej zapriahla, bola pravdepodobne príbuznou „chrobákov“, ktoré spôsobujú lymskú boreliózu, týfus a chlamýdie. V skutočnosti sú mitochondrie dostatočne podobné týmto baktériám, že keď sa lekári zameriavajú na takéto intracelulárne infekcie špecializovanými antibiotikami, mitochondrie sú tiež poškodené. (Tieto antibiotiká, vrátane tetracyklínov, nie sú nebezpečné pre zdravých ľudí, hovorí Mootha, ale mal by sa im vyhnúť každý s mitochondriálnym ochorením.)

Pocit tepla

Prvý zdokumentovaný prípad mitochondriálnej choroby sa týkal 30-ročnej Švédky, ktorá prišla v máji 1958 na kliniku Rolfa Lufta, lekára z Karolinska Institute pri Štokholme, a sťažovala sa, že jej je neustále horúco. Tento stav sa začal, keď mala asi sedem rokov, navštívila veľa lekárov, ale nikto nedokázal presne určiť príčinu. Luftová namerala zvýšenú vnútornú a kožnú teplotu a poznamenala, že hoci neustále jedla, schudla a nedarí sa jej pribrať. Aby nahradila tekutiny stratené potením, musela piť veľké množstvo vody. Hoci bola letargická, jej bazálny metabolizmus bol dvojnásobný oproti normálu a srdce jej bilo 100-krát za minútu. Luft urobil biopsiu jej kostrového svalu a zistil, že je abnormálne hustý s mitochondriami veľkej veľkosti a hmoty, plný kristov.


Mitochondrie v skunkovej kapuste vytvárajú dostatok tepla na roztopenie snehu.
Fotografia © Angelina Lax/Science Photo Library

Ale prečo bola horúca? Proces, ktorým mitochondrie vytvárajú bunkovú energiu, vysvetľuje Mootha, uvoľňuje teplo. Slávnym príkladom z rastlinnej ríše je skunk kapusta, ktorá nesie mimoriadne neefektívnu formu mitochondrií, ktoré môžu zvýšiť teplotu rastliny o 30 stupňov, roztápať sneh a uvoľňovať zlúčeniny, ktoré vylučuje, aby prilákali opeľovače.

Ale na defekte, ktorý postihol Luftovho pacienta, nebolo nič prospešné. Vďaka channelingu sa jej mitochondrie takmer znefunkčnili najviac ich energie na výrobu tepla. Lekári jej nemohli ponúknuť nič iné ako ľad, aby sa ochladila, a nakoniec si vzala život.

Výskumníci si však uvedomili, že schopnosť vytvárať mierne množstvo tepla môže byť v niektorých prípadoch výhodná. Myšlienka medzi vedcami, ktorí študujú mitochondrie, hovorí Mootha, „je taká, že existujú veľmi silné interakcie medzi génmi a prostredím, takže v určitých typoch prostredí mohli byť vybrané určité typy mitochondriálnych variantov. Jedna teória tvrdí, že „možno neefektívne genotypy mohli byť vybrané v chladnom podnebí,“ poznamenáva, ale práve teraz chýbajú presné dôkazy na podporu tohto tvrdenia. V štúdii z roku 2005 na laboratórnych zvieratách však výskumníci ukázali, že variácie v mitochondriách (ktoré v jednej vyvinutej populácii prepožičiavajú schopnosť behať na dlhé trate a v druhom extréme cukrovku, obezitu a iné metabolické ochorenia) sa dajú opraviť už v 11. generácie alebo 275 rokov v ľudskom vyjadrení, mihnutie oka v evolučnej časovej škále. Hoci prípad Luft predchádzal ére genomiky, vedci teraz chápu, že genetické mutácie sú základom mitochondriálnych chorôb, ktoré postihujú asi 50 000 pacientov v Spojených štátoch. Ako trieda sú tieto ojedinelé ochorenia (patologické stavy príliš zriedkavé na to, aby prilákali trhovo riadenú farmaceutickú liečbu) hrozné pre pacientov a otravné pre lekárov, pretože nikto nevie, ako fungujú. “They’re super complex,” says Mootha, “because you can have two patients whose molecular defect is in the same part of the mitochondria,” yet one will be blind and deaf, and have neurodegeneration, disease of the heart muscle, and difficulty swallowing, while “the other may only have blindness, and every other organ system is fine.” This, he adds, “is one of the greatest mysteries, because all of our body’s tissues have mitochondria. They’re making energy in all of our body’s cells, but for some reason when you have defects in the mitochondrial proteome [the organelle’s full complement of proteins], sometimes many organ systems are impacted and then sometimes only one.”

Initially these diseases were called “maternally inherited syndromes” because mitochondrial DNA is inherited exclusively from mothers, all the way back to a common female human ancestor known as “mitochondrial Eve.” But as genetic understanding of the organelle improved, researchers realized that many mitochondrial diseases could be inherited from either parent, because most of the mitochondrial proteins are actually encoded by DNA in the cell nucleus, rather than by mitochondrial DNA. Furthermore, research has led to a growing realization that mitochondrial dysfunction is connected to a vast number of bežné diseases—including diabetes, heart disease, Parkinson’s and Alzheimer’s, hearing loss, and psychiatric disorders, including depression—affecting tens of millions of patients in the United States alone.

“The Coolest Machine of All”

Mootha has played a key role in this broadened understanding of mitochondria’s importance—and in the realization that the organelle’s role in energy production may be a red herring.

Trained at Stanford in mathematics and computer science, he studied mitochondrial biology for his thesis in the Harvard-MIT Health Sciences and Technology program (which integrates science, engineering, and medicine to solve problems in human health). Because there was “no lab at Harvard squarely focused” on the subject at the time, much of his graduate research took place at the National Institutes of Health in Maryland. He received his M.D. from HMS in 1998. During his subsequent clinical training at Brigham and Women’s Hospital (completed in 2001), his electives focused on patients with rare mitochondrial diseases.

Even then, Mootha knew that genes from mitochondrial DNA (mtDNA) alone could not account for the full range of mitochondrial diseases. Genes, he explains, encode the instructions for building proteins, which are the principal functional actors within cells—they get jobs done. The sequencing of the mitochondrial genome in 1981 (two decades before that of the human genome) had revealed that its mtDNA codes for just 13 proteins, nowhere near enough to explain the bulk of mitochondrial diseases. And that created a new mystery. Mitochondria, researchers knew, produce more than 1,000 proteins. Where was the DNA that encodes the bulk of those proteins?

The answer lies in evolutionary history. After mitochondria took up residence in cells more than a billion years ago—in what was probably a long, drawn-out process—many genes were transferred from the mitochondria into the genome of the host—in other words, into the nucleus of the cell, where most DNA resides. The result of this gene transfer is that the mitochondrial genome, with just 16,000 base pairs (the building blocks of DNA), has been stripped down to bare essentials. Compared to its ancestral form and also to living relatives, such as the Rickettsia bacterium that causes typhus, which has more than a million base pairs, its genome is now tiny.

In 2001, Mootha began his post-M.D. fellowship at the Whitehead Institute with Eric Lander, one of the leaders of the international project to sequence the human genome, officially completed in 2003. With a full sequence of the genes found in human-cell nuclei in hand, researchers anticipated being able, finally, to identify those genes that make the bulk of the proteins in mitochondria.

Now incorporated in each cell’s nuclear DNA, those ancient genes produce about two-thirds of all mitochondrial proteins. The other third, says Mootha, are the result of “innovations” that evolved po the initial union of bacterium and cell, and that now enable human mitochondria to “do things that no bacteria can do.”

Mootha has played a defining role in identifying all the mitochondrial proteins, both ancient and evolved, using a multidisciplinary approach that combines computational biology with biochemistry and the genetics of disease. “When I was completing my postdoc and interviewing for faculty positions, I knew that my work wouldn’t fit neatly into any traditional department,” he recalls. Fortunately, Marc Kirschner, now Enders University Professor of systems biology, had just founded a new HMS systems-biology department (see “From Physiology to Systems Biology”). Mootha was the first faculty member hired. “My goal was to achieve a holistic understanding of mitochondria…” by combining “the new tools of genomics with classical biochemistry,” he says. Systems biology, he explains, aims to “simultaneously understand how the machines of life evolve, develop, function, and fail. These are not independent goals—they must be tackled in parallel to be successful,” with a focus, in his case, “on the coolest machine of all.”

One of the many fundamental contributions of his lab has been to map all 1,158 of the mammalian mitochondrial genes that encode proteins. This proteome inventory (the entire set of expressed proteins in a organelle, cell, tissue, or organism), called the MitoCarta, was first published in 2008 and updated in 2015 it is free, readily available, and widely used by researchers worldwide. Mootha has used it to identify a major means by which mitochondria and their host cells communicate: via calcium signaling. His team has also used it to pinpoint more than a dozen genes linked to metabolic diseases, holding out the hope that these might be cured using gene therapy.* And he saw a pattern emerge that made him question whether the organelle’s role as a power plant could have blinded science to its other natural talent: devouring oxygen.

* The potential for gene therapy would at this time apply only to mutations in nuclear genes, Mootha notes scientists don’t yet know how to perform gene therapy in mitochondrial DNA.

Toxic Oxygen?

Mootha began to wonder if energy production might nie be the key to understanding the basis of mitochondrial disease. “When we look at these disorders, they’re not easily explained on the basis of energy requirements.” The organ systems most affected “are not necessarily the ones that have the highest energy demands.” An outpouring of research began to hint at the versatile, indispensable role that mitochondria play in the regulation of cell death, the immune system, and cell signaling. The traditional focus on energy production, in other words, may have misled researchers—all the way back to their interpretation of what happened more than a billion years ago, when that single cell and a lone bacterium entered into a long-term relationship.

Oxygen levels on early Earth were low at that time, but rising, Mootha says. “We think of oxygen as a life-giving molecule, and it is, but it can also be very corrosive”—think of how it rusts a car. In biology, oxygen and its byproducts are known to cause cellular damage, and are implicated in aging.

Mitochondria, on the other hand, are spotrebiteľov of oxygen. Maybe, according to a hypothesis favored by the Mootha lab, the selective advantage that accrued to the first cell to host a mitochondrion was not only more energy, but better control of the toxic effects of oxygen. Normal gene expression supports this idea: “Our genes that turn on mitochondria,” says Mootha, “are really, really smart.” When turning on mitochondria, “the genes also turn on antioxidant programs.” And they calibrate antioxidant levels to the quantity of mitochondria that have been activated. “If you’re going to build a car that’s not an inline six but a V8 engine,” he points out, “you’re also going to need a bigger catalytic converter.”


Cells actively secreting hormones, like the interior of this one, from an ovary, are dense with mitochondria (outlined in yellow).
Image © Professors P.M. Motta, S. Makabe and T. Naguro/Science Source

Interestingly, a 2009 study showed that the widespread practice of antioxidant vitamin supplementation can actually interfere with this natural response. For the experiment, researchers divided human subjects into four groups: exercisers who took antioxidant vitamins exercisers who did not non-exercisers who took antioxidant vitamins and non-exercisers who did not. Both groups of exercisers were healthier after a few months. But surprisingly, those who exercised bez the antioxidant vitamins did best, probably, Mootha speculates, “because the rest of the cell, when it senses some of these sparks, adapts in a way that is beneficial to the organism”—and does so better than s vitamins, which appeared to interfere with the health-promoting stress of physical exercise.

This result didn’t surprise him, because of the numerous adaptive responses to stress already known to be mediated through the mitochondria, evolved during a billion-year history. In this long view, any mutations that did not kill an individual cell (or the larger organism) might have opened the way for subsequent mutations that would bypass—or “rescue”—the damaged link in the chain of chemical reactions mitochondria use to make energy. In some cases, in other words, the evolved response of the organelle and host cell to the overloaded or damaged pathway can actually provide a net benefit to both the cell and the entire organism.

An interesting example of this overcompensation, Mootha says, occurs when diabetes patients are given Metformin, which interferes with normal mitochondrial function. The drug “has only one known target,” he explains: the first stage in the five-step process by which mitochondria produce energy. When that initial step is severely impaired, as in cases of mitochondrial disease, the results are devastating. Ale slabý inhibition caused by Metformin triggers an adaptive response that actually pomáha diabetes patients. “It’s a little bit like Mithridates, the Persian king who was afraid of getting poisoned, so he had his pharmacist mix all the poisons available and then took sublethal doses,” Mootha points out—and perhaps not all that different from a vaccination. Metformin induces “a state called hormesis, a protective response that’s net protective.” The effect is so promising that researchers recently began testing Metformin in human clinical trials to see whether hormesis can slow aging. The mechanism has been worked out at the genetic level in worms, but in higher organisms, he continues, “we actually don’t know what that program is right now. The mitochondrion is this beautiful organelle, but there are all these homeostatic and feedback loops within it” which are in turn “wired within the broader organism,” which has its own loops and feedback mechanisms.

With his computational background, Mootha has the tools and training to tease out the nature of this complexity, and use powerful, scaled approaches to develop new therapies. Inspired by the example of Metformin, he and colleagues initiated a genome-wide screen in 2014, with support from the Marriott Foundation. Searching for factors that, when disrupted, allow cells to cope with broken mitochondria, they got a hit. Their screen suggested that low levels of atmospheric oxygen could trigger a response that protects against Leigh syndrome, an inherited disease of the central nervous system—caused by mutations in any one of 75 different genes—that in children ends in death between the ages of three and 16 months, frequently as a result of respiratory failure.

When the researchers tested the idea in mouse models of mitochondrial disease, the results were astounding. While a normal mouse lives about two years, their diseased mice typically survived for just 55 days. But when the team lowered the oxygen concentration to 11 percent, a level typically found at altitudes of around 14,000 feet, they found that they could prevent the onset of the disease. The mice raised in those hypoxic conditions lived a full year. Even diseased mice on the brink of death could be revived by restricting oxygen. (They called that “the Lazarus effect.”). Extra oxygen, on the other hand, functioned like a poison, killing the mice within a few days.

Low-oxygen environments appear to confer benefits on humans, too. In 1975, Mootha points out, the Indian army reported distinct health effects on troops serving at 12,000 to 18,000 feet, along the Indochina border, as compared to those serving on the plains. In the short term, deaths from acute infections were much higher among the men posted at altitude, but over many years, “The incidence of new cases of diabetes, stroke, heart disease, and cognitive defects were dramatically reduced” compared to those who’d served at lower elevations. (Mootha adds the caveat that these results were purely observational, and that temperature, diet, and activity levels differed, too.) Epidemiological studies often rank Colorado, with a mean elevation of 6,800 feet, as the healthiest U.S. state.

The human data, combined with the rigorous mouse studies, he explains, suggest that “too much oxygen can actually be a bad thing.” Their mouse observations were soon buttressed by further anecdotes involving humans. After the team published the paper in 2016, he received calls from doctors in California and elsewhere who had been treating their patients with mitochondrial disease in hyperbaric chambers, giving them extra oxygen in an attempt to alleviate their symptoms. “Two young patients became comatose after this treatment, and never woke up,” he relates. Two others, who were legally blind in one eye but not the other, became blind in both eyes after hyperbaric oxygen exposure. Could it be, he asks, that “because the mitochondria aren’t consuming oxygen properly, there’s an excess that is corrosive to the rest of the cell?” This idea from Mootha’s lab may have broad application to health, particularly in diseases associated with aging, which is itself linked to mitochondrial decline.


Elongated mitochondria (brown) are packed tightly in a kidney cell.
Image © Thomas Deerinck, NCMIR/Science Source

In humans, a typical cell might contain a few dozen mitochondria, joined together in a mass and working as one network. Liver and muscle cells, with their key roles in producing, storing, and using energy, can contain thousands of them. Regardless of the baseline, “The quantity of mitochondria declines as a function of age,” Mootha explains, which may increase people’s vulnerability to conditions ranging from Parkinson’s disease (in which mitochondrial dysfunction is causal) to diabetes. Furthermore, there is a double insult in older persons: their reduced numbers of mitochondria are less efficient than a young person’s. But exercise, at any age, can boost mitochondrial counts. “And when your skeletal muscle increases the number of mitochondria,” Mootha adds, “it actually eliminates some of the bad ones,” increasing overall efficiency, too. In fact, he says, “many of the beneficial effects of exercise and healthy diets are likely being mediated through the mitochondria.”

The larger context for Mootha’s career-long focus on a single organelle is his aspiration to develop a foundation for precise mitochondrial medicine. “There are three ingredients,” he says. “First, from a single tube of blood, we want to establish a molecular diagnosis,” using genetics. “Second, from that same vial, by analyzing the products of metabolism circulating in the blood (see “Fathoming Metabolism,” May-June 2011, page 27), we want to be able to gauge the severity of mitochondrial dysfunction. I’d love to be able to draw your blood and say, ‘I think you can do better, why don’t you exercise a bit more, why don’t you work on your diet,’ or even, when administering an experimental therapy targeting your mitochondria, I’d like to be able to know whether it is working.” Third, he wants to develop therapies, not only for rare, fatal mitochondrial disorders caused by spontaneous or inherited mutations, but for the range of common diseases in which mitochondrial dysfunction has recently been implicated. Identifying drugs that limit uptake or delivery of oxygen is an obvious next step.

He believes that “we’re just now scratching the surface of a very deep relationship between mitochondria and oxygen that has evolutionary origins.” If the logic of that relationship from a systems perspective can be understood, “then perhaps we can exploit it for therapeutic purposes”—either as a gas or a pill. “Hypoxia medicine,” he says, “may be our first foray” into therapeutics.

Having explained his research plan, Mootha rises to go. It is Patriots Day, April 16, in New England, and the weather is unseasonably cold, intensified by wind and driving rain. Mootha is heading out to the finish line of the Boston Marathon to cheer the father of a young girl with Leigh’s syndrome, running to support his lab. He is in high spirits, dressed head to toe in sensible raingear, seemingly unperturbed by the prospect of standing in the cold to wait. In the quarter-century since he first came to Boston, he has clearly adapted. Perhaps his mitochondria have, too.


Pozri si video: Prečo obmedzovať antibiotiká (Jún 2022).