Parabios

Parabios , som betyder "att leva bredvid", är en laboratorieteknik för att studera fysiologi . Den kombinerar två levande organismer som sammanfogas kirurgiskt för att utveckla ett enda, delat fysiologiskt system. Parabios används i studier av områden som fetma , biologiskt åldrande , stamcellsforskning , vävnadsregenerering , diabetes , organtransplantation , tumörbiologi och endokrinologi .

Det kan också beskriva en gemensam ekologi av separata arter av myror i kolonier.

Fysiologi

Parabiotiska experiment

Till vänster: En huvudlös Cecropia Moth förenad med en puppa av silkesmasken Polyphemus . Till höger: Buken på en Cecropia-fjäril förenad med en Cecropia-puppa

Parabios kombinerar två levande organismer som förenas kirurgiskt och utvecklar enstaka, delade fysiologiska system. Forskare kan bevisa att återkopplingssystemet i ett djur cirkuleras och påverkar det andra djuret via blod- och plasmautbyte.

Parabiotiska experiment var pionjärer av Paul Bert i mitten av 1800-talet. Han postulerade att kirurgiskt anslutna djur kunde dela ett cirkulationssystem. Bert tilldelades priset för experimentell fysiologi vid den franska vetenskapsakademin 1866 för sina upptäckter.

En begränsning av experimenten är att utavlade råttor inte kan användas eftersom det kan leda till en betydande förlust av par på grund av förgiftning av blodtillförseln från en olik råtta.

Upptäckten av leptin och hypotalamus roll vid fetma

Många av de parabiotiska experimenten sedan 1950 involverar forskning om ämnesomsättning. Ett av dessa experiment publicerades 1959 av GR Hervey i Journal of Physiology . Detta experiment stödde teorin att skador på hypotalamus , särskilt den ventromediala hypotalamus, leder till fetma orsakad av överkonsumtion av mat. Studiens råttor kom från samma kull, som hade varit en sluten koloni i flera år. De två råttorna i varje par hade inte mer än 3 % skillnad i vikt. Råttor parades vid fyra veckor gamla. Oparade råttor användes som kontroller. Råttorna förenades på tre sätt. I tidiga experiment öppnades bukhålorna och kopplades ihop mellan de två råttorna. I senare experiment, för att undvika risken att trassla ihop de två råttornas tarmar, gjordes mindre skärsår. Efter ytterligare förfining av det experimentella förfarandet öppnades inte bukhålorna och råttorna sammanfogades vid höftbenet med minimal skärning. För att bevisa att de två djuren delade blod, injicerade forskare färgämne i en råttas ådror, och pigmentet skulle dyka upp i den sammanfogade råttan.

I varje par blev en råtta överviktig och uppvisade hyperfagi. Vikten på råttan med den kirurgiska lesionen steg snabbt under några månader och nådde sedan en platå som ett direkt resultat av det kirurgiska ingreppet. Efter proceduren åt råttan med den nedsatta hypotalamus glupsk medan den parade råttans aptit minskade. Den parade råttan blev uppenbarligen tunn under hela experimentet och avvisade till och med mat när den erbjöds.

identifierade denna mättnadsfaktor som det fetthärledda hormonet leptin . Många hormoner och metaboliter visade sig inte vara den mättnadsfaktor som fick en råtta att svälta i experimenten. Leptin verkade som en livskraftig kandidat. Från och med 1977 upprepade Ruth BS Harris, en doktorand under Hervey, tidigare studier om parabios hos råttor och möss. På grund av upptäckten av leptin analyserade hon leptinkoncentrationer hos mössen i de parabiotiska experimenten. Efter att ha injicerat leptin i varje pars överviktiga mus fann hon att leptin cirkulerade mellan de sammanfogade djuren, men cirkulationen av leptin tog lite tid att nå jämvikt. Som ett resultat av injektionerna resulterade den nästan omedelbara viktminskningen i parabiotikaparen på grund av ökad hämning. Cirka 50–70 % av fettet förlorades i par. Den feta musen tappade bara fett. Den magra musen tappade muskelmassa och fett. Harris drog slutsatsen att leptinnivåerna ökar hos feta djur, men andra faktorer kan också påverka dem. Leptin var också fast beslutet att minska fettlagringen hos både feta och smala djur.

Tidiga parabiotiska experiment omfattade också cancerforskning. En studie, publicerad 1966 av Friedell, studerade strålningens effekter med röntgenstrålar på äggstockstumörer. För att studera tumörerna sammanfördes två vuxna honråttor. Den vänstra råttan var avskärmad och den högra råttan exponerades för höga nivåer av strålning. Råttorna fick en kontrollerad mängd mat och vatten. 149 av 328 par visade möjliga äggstockstumörer hos de bestrålade djuren, men inte hos deras partner. Detta resultat matchade tidigare studier av enstaka råttor.

Åldringsforskning

Kroniska ålderssjukdomar studeras genom att förena ett äldre djur med ett yngre djur. Denna process, känd som heterokronisk parabios , har använts i studier för att undersöka åldersrelaterade och sjukdomsrelaterade förändringar i blodets sammansättning, särskilt plasmaproteom . Denna process kan användas för att undersöka kardiovaskulära sjukdomar, diabetes, artros och Alzheimers sjukdom. När djuren åldras minskar deras oligodendrocyter i effektivitet, vilket resulterar i minskad myelinisering , vilket orsakar negativa effekter på det centrala nervsystemet (CNS). Julia Ruckh och andra forskare har använt parabios för att studera remyelinisering från vuxna stamceller för att se om att förena unga med äldre möss kan vända eller försena denna process. De två mössen förenades i experimentet och demyelinisering inducerades via injektion i de äldre mössen. Experimentet fastställde att de yngre mössens faktorer vände CNS-demyelinisering hos äldre möss genom att vitalisera oligodendrocyterna. Monocyterna de unga monocyterna kan rensa lipider från myelinhöljen mer effektivt än äldre monocyter. Sammanfogningen av de två djuren vände ålderns effekter på myeliniseringscellerna. Förmågan hos den unga musens celler var opåverkad. Förbättrad immunitet från den yngre musen främjade också den allmänna hälsan hos de äldre musen i varje par. Resultaten av detta experiment kan leda till terapiprocesser för personer med demyeliniserande sjukdomar som multipel skleros.

Naturliga exempel

Termen är också tillämplig på spontant uppträdande tillstånd som hos tvillingar .

Obligatorisk parasitisk reproduktion av marulk från familjen Ceratiidae , där hanarnas och honornas cirkulationssystem förenas fullständigt. Utan hanars fäste vid honor kan de endokrina funktionerna inte mogna; individerna misslyckas med att utvecklas ordentligt och dör unga och utan att fortplanta sig.

Växter som växer tätt ihop med rötter eller stjälkar i intim kontakt bildar ibland naturliga transplantat. Hos parasitiska växter som mistel och dodder förenar haustoria värdens och parasitens cirkulationssystem så intimt att parasitiska tvinnare som Cassytha kan fungera som vektorer som bär sjukdomsorganismer från en värdväxt till en annan.

Ekologi

Sociala organismer som delar bon

Crematogaster modiglianii och Camponotus rufifemur myror som delar bo

Myrkolonier kan dela sina bon med väsentligen obesläktade arter av myror. De delade uppenbarligen inte på något utöver bonens underhåll, de skilde till och med åt sin yngel, så dessa var mycket överraskande observationer; de flesta myror är radikalt intoleranta mot inkräktare, vanligtvis även inkräktare av sin egen art.

I början av 1900-talet myntade Auguste-Henri Forel termen "parabios" för sådana föreningar, och det antogs av sådana som William Morton Wheeler . Dessutom finns det bevis för uppdelningen av arbetsfunktioner mellan de två arterna i boet. Tidiga rapporter om att parabiotiska myrkolonier söker och livnär sig tillsammans i fred också har kvalificerats av observationer som avslöjade att myror av en art i en sådan sammanslutning aggressivt förskjuter medlemmar av den andra arten från artificiellt tillhandahållen mat, samtidigt som de tjänar på att följa deras rekryteringsspår till ny mat källor. Dra nytta av delat boförsvar och underhåll även när det varken finns direkt samarbete eller interaktion mellan de två associerade populationerna i ett bo.

Etymologi

Parabios härstammar mest direkt från nytt latin , men latinet i sin tur härrör från två klassiska grekiska rötter. Den första är παρά ( para ) för "bredvid" eller "bredvid". I modern etymologi förekommer denna rot i olika betydelser, såsom "nära", "utanför" och "annorlunda".

I den fysiologiska betydelsen av "parabios" var "para" tydligen avsett att betyda "bredvid".
I beskrivningen av övergående inaktiva fysiologiska tillstånd, betydde "para" uppenbarligen "utanför."
I ekologiskt bruk myntades ordet av entomologen Auguste-Henri Forel som en analog till " symbios ", också i betydelsen "bredvid". Men i detta fall låg betoningen i motsats till "tillsammans" ("sym-").

Den andra klassiska grekiska roten som latinet härstammar från är βίος ( bios ), som betyder "liv".

Se även