Специалист из Сколтеха впервые в мире получил морскую свинку, помеченную изотопами. В течение 156 дней животное, названное Хрюн, получало исключительно тяжелую воду. Этот вид воды не является радиоактивным и широко применяется в биомедицинских исследованиях как метод «маркировки» молекул: природный изотоп дейтерия накапливается в химических связях органических соединений и служит индикатором, позволяющим отслеживать их формирование и разрушение. Данный метод может оказаться полезным для изучения метаболизма человека, в частности, при создании подходов персонализированной медицины. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Химические элементы встречаются в природе в форме изотопов – это атомы с одинаковым количеством протонов, но различным числом нейтронов. В тяжелой воде атомы обычного водорода заменены его более тяжелым изотопом – дейтерием. Поскольку изотопы почти не различаются по своим химическим свойствам, их можно использовать в качестве невидимых меток. Данный метод, заключающийся в замене обычных соединений на меченые и отслеживании их трансформаций, является основой для понимания большинства биохимических процессов.
В ходе эксперимента, проводимого с морской свинкой Хрюном, принадлежащей главному исследователю Юрию Костюкевичу и содержащейся дома, животному давали тяжелую воду. Суть метода заключается в том, что дейтерий, проникая в организм, участвует в биохимических процессах подобно обычному водороду и включается в углерод-водородные связи органических молекул. Ученый постоянно наблюдал за Хрюном, контролируя его питание и уровень физической активности, а также осуществлял анализы.
Для изучения интеграции изотопных меток в различные биологические молекулы исследователь применил метод высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения. Этот метод позволяет точно определять массу всех молекул, присутствующих в образце, и различать изотопы по их молекулярной массе, что делает его важным инструментом для подобных исследований. Интенсивность появления метки в конкретном соединении указывает на скорость его синтеза в организме.
В процессе исследования установлены временные рамки, в течение которых концентрация дейтерия в различных веществах стабилизируется. Окончательное содержание изотопа в каждом соединении дает возможность оценить, в какой мере оно образуется в организме и в какой поступает извне.
Для изучения процесса также выращивали побеги овса на тяжелой воде. После употребления этих побегов Хрюном, исследователь зафиксировал скорость, с которой изотопно-меченые соединения из овса включались в биологические молекулы организма животного.
«В процессе эксперимента мы внимательно следили за здоровьем Хрюна и обеспечивали ему комфортные условия содержания. Проведенное нами исследование сформировало методологическую основу применения изотопно-меченой пищи для изучения индивидуальных особенностей метаболизма, что предоставляет широкие перспективы для его регулирования. Технология получения изотопно-меченой микрозелени уже разработана, и в скором времени мы намерены приступить к исследованиям с участием добровольцев. Мы убеждены, что вскоре мы сможем индивидуально корректировать рацион питания человека для поддержания здоровья, снижения веса и улучшения самочувствия», — сообщил руководитель исследования, доцент Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Юрий Костюкевич.