כיצד המזון שאנו אוכלים משפיע על ביטוי הגנים שלנו

אחד מהמאמרים הטובים ביותר שקראתי בשנה האחרונה נוגע בהשפעת מולקולות RNA שנמצאות בצמחי מאכל על ביטוי הגנים אצלנו בני האדם (וכנראה גם שאר היונקים).

מן המפורסמות הוא שהאוכל שאנו אוכלים משפיע על המטבוליזם שלנו.  גנים הקשורים לתהליך העיכול ו'עיבוד' המזון מתבטאים וגנים נוספים הקשורים לסיפוק ושאר רגשות וחישות מתבטאים גם הם.

החדשות הן שככל הנראה הקשר בין מה שאנחנו אוכלים לבין גופנו הוא אינטימי הרבה יותר ממה שחשבנו כולנו. זאת לאחר שלראשונה נמצאו במחזור הדם מולקולות RNA זעירות (microRNA) שמקורן בצמחים. למולקולות אלו היכולת להשפיע באופן ישיר על ביטוי הגנים שלנו (=להדליק או לכבות מערכות שלמות).

בצמח למולקולת ה-microRNA תפקידים ידועים בוויסות של ביטוי גנים- שעתוק של גנים לחלבונים (המבצעים תפקיד כלשהו). לדוגמה- מעבר מצמיחה לפריחה קשור גם בהשפעת microRNA על ביטוי גנים שקשור בפריחה. אותו גדיל קטן של RNA נקשר למולקולה גדולה יותר של RNA ולא מאפשרת לה להתרגם לחלבון ולמעשה שולחת סיגנל לפירוקה.

פירוק RNA על ידי miRNA

צוות חוקרים סינים מאוניברסיטת Nanjing חקר את מולקולות ה-RNA הקטנות במחזור הדם האנושי ולהפתעתם מצאו בנוסף למולקולות מן האדם, גם מולקולות שמקורן מצמחי האורז- מרכיב עיקרי בתזונה הסינית. מתוך סקרנות הם ביצעו בדיקות רבות בעכברים ומצאו שכאשר מוסיפים את מולקולות ה-RNA הקטנות מהאורז לעכברים - רמות של רצפטור המעורב בסילוק LDL (הכולסטרול ה'רע') יורדות. הסתבר לאותם חוקרים שהמולקולות מהאורז נקשרות למולקולות RNA בעכברים ומובילות לפירוקן (וכך עולה רמת הכולסטרול ה'רע').  ככל הנראה התפתחה באבולוציה מערכת בקרה על יצור ופירוק כולסטרול בהתאם למצאי המזון בטבע.

מכאן שמסקנה הראשונית היא שבנוסף לסוכרים, חלבונים, ויטמינים ומינרלים, גם RNA הוא חלק חשוב לדיאטה ומשפיע על ביטוי הגנים.

המסקנה היותר מעניינת או מעשית היא שניתן לתכנן מולקולות RNA שיהיו חלק ממזוננו וישמשו כתרופות למחלות גנטיות,  שליטה בפיזיולוגיה, הרזיה ושאר ירקות.

אז כדאי להיות צמחוני ?

המאמר פורסם בכתב העת המדעי Cell Research.

Lin Zhang, Dongxia Hou, Xi Chen, Donghai Li, Lingyun Zhu, Yujing Zhang, Jing Li, Zhen Bian, Xiangying Liang, Xing Cai, Yuan Yin, Cheng Wang, Tianfu Zhang, Dihan Zhu, Dianmu Zhang, Jie Xu, Qun Chen, Yi Ba, Jing Liu, Qiang Wang, Jianqun Chen, Jin Wang, Meng Wang, Qipeng Zhang, Junfeng Zhang, Ke Zen and Chen-Yu Zhang. Exogenous plant MIR168a specifically targets mammalian LDLRAP1: evidence of cross-kingdom regulation by microRNA. Cell Research, 2011.

תענוג של מוזיקה או איך גיאחה הקדים פרופסורים ומדענים

דופמין הוא נוירוטרנסמיטור (מוליך עצבי) המיוצר בגופנו לצד חומרים נוספים וגורם לעלייה בקצב הלב, הגברת הריכוז ולמצב רוח טוב יותר. בני אדם חווים עונג כתוצאה מגירוים מסומים כגון: אוכל, סמים פסיכואקטיבים, כסף וגם סקס כמובן. אותה תחושת עונג מתווכת ע"י הדופמין. התוצאה היא תחושת תגמול שהינה גורם הישרדותי חשוב ביותר. לצד התגובה לגירויים חיוניים להישרדותנו אנו מוצאים את עצמנו נהנים גם מגירויים מופשטים יותר כאומנות ומוזיקה.

רובנו מסכימים כי המוזיקה היא תמריץ רב עוצמה מענג במיוחד והיא מצליחה להשפיע על מצבים רגשיים. הוכח אמפירית כי מוזיקה יכולה ביעילות לעורר תגובות רגשיות מהנות מאוד. מחקרים נוספים הראו כי במהלך האזנה למוזיקה מופעלים במוח מעגלי תגמול. אך למעשה עד לימים אלו ממש לא הוכח הקשר הישיר בין האזנה למוזיקה ושחרור דופמין.

במהלך השבוע האחרון יצא מאמר ב-Nature neuroscience ובו מראים לראשונה חוקרים מאוניברסיטת דיוק ע"י סריקות טומוגרפיות של המוח ומעקב אחרי משתנים נוספים (קצב הלב, טמפרטורת הגוף, מוליכות העור וכו'...), שהשמעת מוזיקה מוכרת המרגשת את המאזין מעלה את רמת הדופמין במוח. כתוצאה מכך אנו מקבלים תחושת תגמול ולכן אנו מעוניינים בעוד ועוד מוזיקה... 

הקו הכחול כהה מראה עליה בדופמין כתוצאה מחווית האזנה למוזיקה (החל מ-C1)

התוצאות הללו נותנות הסבר למעמדה הרם של המוזיקה אצל כל בני האדם ללא הבדל דת, גזע ומין.

אז בפעם הבאה שאתם קוראים את בלוג המוזיקה המצוין "עונג שבת" של גיאחה, תוכלו להבין מאיפה מגיעה אותה תחושת עונג ותתמלאו בהערכה רבה לגיא שראה את הנולד ונתן שם הולם לבלוג הרבה לפני החוקרים באוניברסיטת דיוק.

לקריאה נוספת- המאמר עצמו.

Salimpoor V.N. et al., 2011, Nature neuroscience, doi:10.1038/nn.2726.

ההתחממות הגלובלית: חיפושית עץ האורן תוקפת את יערות צפון אמריקה

יערות העולם מהווים מערכות אקולוגיות מורכבות בגלל המספר הרב של האורגניזמים הנמצאים בתא שטח. שינוי קל באחד הגורמים הבאים: טמפרטורה, משקעים והרכב הגזים באטמוספירה עלול להשפיע בצורה קיצונית על המאזן העדין של אותן מערכות אקולוגיות. מודלים רבים חוזים כי הטמפרטורה הממוצעת בעולם צפויה לעלות בכ-3-5 מעלות צלזיוס ב-100 השנים הקרובות.

אז מה בעצם ההשפעות שיכולה להיות אותו שינוי גלובלי על המערכת האקולוגית ביערות:

• מחזור החיים והשרידות של אותם אורגניזמים יכול להשתנות בצורה קיצונית.
• העצים עצמם עלולים לאבד חלק ממערכות ההגנה שלהם כתוצאה מירידה במשקעים ועלייה בריכוז פחמן דו חמצני באטמוספירה.
• תרכובות חנקן הן המזון המועדף על מזיקים רבים. עם עליית הפחמן דו חמצני באטמוספירה, יגדל יחס תרכובות הפחמן / חנקן בעצים ומכאן שמזיקים רבים יאכלו יותר כדי להגיע למנה הנדרשת לשרידותם.
• כל אלו עלולים ליצור אפקט משני על אורגניזמים הבאים במגע עם אוכלוסיות אלו: מתחרים, שותפים ואויבים טבעיים.

יש מספר רב של מזיקים ובפרט חיפושיות שהושפעו משינויי האקלים לאורך מאה השנים האחרונות. אבל הסיפור של ה-Mountain pine beetle (חיפושית עץ האורן) הוא הסיפור הדרמטי ביותר ומלמד בצורה מובהקת איך שינוי סביבתי משנה מערכת אקולוגית שלמה. מאז 1999 החיפושית פגעה ביותר מ-140000 קילומטרים רבועים של יער במערב ארצות הברית וקנדה (יותר גדול משטחה של אנגליה).

לחיפושית, שגודלה כ-5 מ"מ (כגודל גרגר אורז) אסטרטגיה מעניינת של תקיפה: הבוגרים בוקעים במהלך הקיץ מן העץ ותוקפים בהמוניהם את הקורבן הבא. כל חיפושית נושאת עמה פטרייה שמסייעת גם היא בתקיפת העץ תוך כדי חסימת צינורות ההובלה של העץ. לאחר התקיפה נקבת החיפושית מפרישה חומרי ריח, הזכרים מגיעים, ביצים נוצרות ומהביצה בוקע זחל הניזון מן העץ כל תקופת החורף. הזחל מתגלם באביב והגולם ניזון מנבגי הפטריה.

ומה עם העץ? ככלל במערכת אקולוגית נורמלית החיפושית תוקפת עצים חלשים וזקנים. בשנת התקיפה העץ ירוק, בזמן הבקיעה של הבוגר, המחטים מתייבשים והופכים אדומים ובשנה שלאחר מכן העץ מתייבש ומת סופית. המחטים והגדמים היבשים מסייעים בשריפת היער והנ"ל מגביר את התחדשות היער.

ההתפרצות האחרונה שהחלה בסוף שנות ה-90 היתה קטלנית והרסנית מדי בשביל העצים והמערכת האקולוגית. אז למה הכל קרה בעצם ?

ידוע כי החיפושית אינה שורדת מספר שבועות בהן הטמפרטורה יורדת ממינוס 30 מעלות צלזיוס (או מספר ימים במינוס 40). כמו שניתן לראות בגרף למטה (בכחול) טמפרטורת המינימום הממוצעת בפארק ילוסטון (Yellowstone) עלתה דרמתית במהלך 25 השנים האחרונות. הדבר לווה בעלייה בשרידות החיפושית (קו אדום). יותר חיפושיות שורדות- יותר עצים פגועים.

באיזורים שמעל 3000 מטר החיפושית מתקשה לשרוד ומחזור החיים שלה הוא פעם בשנתיים או שלוש. מודלים מתמטיים חזו כי עלייה של 2-2.5 מעלות בטמפרטורה הממוצעת תגרום לחיפושית להסתנכרן במחזור חיים חד שנתי גם בגבהים אלו. הדברים אמורים גם על אזורים צפוניים יותר מבתי הגידול הטבעיים של החיפושית. בגרף למטה ניתן לראות כי הטמפרטורה הממוצעת במערב ארצות הברית היתה פחות או יותר שווה עד שנות ה-70 ומאז הטמפרטורה הממוצעת עולה ליניארית.

למזלנו הרב שני החורפים האחרונים היו קשים ובלמו מעט את התפשטות החיפושית. אך מספר חורפים חמימים יותר יכולים לגרום להתפשטות חוזרת, כאשר הפחד הגדול הוא מפני חצייה של מדינת אלברטה בקנדה- חצייה כזאת תלווה בכניסה לנישה אקולוגית חדשה ולמעשה לאפקט מפל שיגרום לחיפושית להתפשט עד לחוף המזרחי.

היערות שהותקפו הפכו להיות ממבלע של פחמן דו חמצני למקור ומוסיפים עוד "שמן" למדורת גזי החממה. התקפת החיפושית פגעה קשות בכלכלת מערב קנדה התלויה בעצים ובמוצרי העץ. כיום המגמה הנה להשתמש בעצים שמתו ממתקפת החיפושית ליצור ביו-אתאנול כדי לנסות ולנצל את מקור הפחמן הזמין הזה.

ולנקודה הישראלית- בעקבות אסון הכרמל עלה החשש מפני תקיפה של חיפושיות דומות על כל אותם גדמים שנותרו, בעיקר בעקבות החלשות ההגנה הטבעית של העצים. בוא נקווה שלאחר השריפה הקשה, לא נספוג אסון אקולוגי נוסף.


עוד מקורות:

http://www.usu.edu/beetle/

http://mpb.cfs.nrcan.gc.ca/index_e.html

http://mpb.cfs.nrcan.gc.ca/biology/introduction_e.html

http://www.actionbioscience.org/environment/loganmacfarlane.html