Quando ursos e esquilos hibernam no inverno, eles param de comer, durando até a primavera simplesmente com as reservas de gordura que acumularam em seus corpos. Normalmente, esse tipo de jejum prolongado e inatividade reduziria significativamente a massa e a função do músculo, mas os hibernadores não sofrem esse destino. Como eles evitam isso, no entanto, tem sido um mistério.
Agora, em pesquisa publicada na Science , um biólogo da Université de Montréal descobriu o porquê, e suas descobertas podem ter implicações para, de todas as coisas, o futuro das viagens espaciais. Ao estudar uma variedade chamada esquilo terrestre de 13 linhas que é comum na América do Norte, Matthew Regan confirmou uma teoria conhecida como "recuperação de nitrogênio ureia" que remonta à década de 1980.

A teoria postula que os hibernadores aproveitam um truque metabólico de seus micróbios intestinais para reciclar o nitrogênio presente na uréia, um composto residual que geralmente é excretado como urina, e usá-lo para construir novas proteínas teciduais.

Como essa descoberta poderia ser útil no espaço? Teoricamente, Regan postula, ajudando os astronautas a minimizar seus próprios problemas de perda muscular causados ​​pela supressão da síntese proteica induzida pela microgravidade e que eles agora tentam reduzir com exercícios intensos.

Se uma maneira pudesse ser encontrada para aumentar os processos de síntese de proteína muscular dos astronautas usando o resgate de nitrogênio uréia, eles poderiam conseguir uma melhor saúde muscular durante longas viagens ao espaço profundo em espaçonaves pequenas demais para o equipamento de exercício usual, o argumento continua.

“Como sabemos quais proteínas musculares são suprimidas durante o voo espacial, podemos comparar essas proteínas com aquelas que são aprimoradas pelo resgate de nitrogênio ureico durante a hibernação”, disse Regan, que realizou esta pesquisa enquanto pós-doutorado na Universidade de Wisconsin-Madison.

Ele agora continua seu trabalho por meio de uma bolsa de pesquisa da Agência Espacial Canadense na UdeM, onde no ano passado assumiu o cargo de professor assistente de fisiologia animal no Departamento de Ciências Biológicas.

"Se", continuou Regan, "há uma sobreposição entre as proteínas do voo espacial e as da hibernação, isso sugere que esse processo pode trazer benefícios para a saúde muscular durante o voo espacial".

Um modelo de hibernação

Em seu estudo, Regan projetou uma série de técnicas e experimentos para investigar as principais etapas do processo de recuperação de ureia e fornecer evidências de que elas ocorrem ou não no esquilo terrestre de 13 linhas quando ele hiberna.

Para fazer isso, em seu laboratório, eles injetaram o sangue dos esquilos de teste com uréia "duplo-rotulada", o que significa que o átomo de carbono da uréia era ¹³ C em vez do habitual ¹² C, e seus átomos de nitrogênio eram ¹⁵ N em vez do habitual ¹⁴ N. Esses rótulos permitiram que eles rastreassem o carbono e o nitrogênio provenientes da uréia através das diferentes etapas do processo de recuperação do nitrogênio da uréia.

Esse processo, eles descobriram, levou desde o transporte inicial de uréia do sangue para o intestino, à quebra da uréia em suas partes componentes por micróbios intestinais, ao fluxo de substâncias - chamadas metabólitos - contendo nitrogênio ureico de volta ao animal. e finalmente ao eventual aparecimento deste nitrogênio ureico na proteína tecidual.

"Essencialmente, vendo ¹³ C e/ou ¹⁵ N nos metabólitos nessas várias etapas indicaram que eles se originaram da uréia e, portanto, que o hibernador estava usando o resgate de nitrogênio da uréia", disse Regan.

Ele fez seus experimentos em esquilos com e sem microbiomas intestinais em três épocas do ano:verão, quando eles estavam ativos e não hibernando; início do inverno, quando estavam um mês em jejum e hibernação; e no final do inverno, quando estavam quatro meses em jejum e hibernação.

'Evidência clara de recuperação de nitrogênio'

O que eles descobriram foi definitivo:em cada etapa do processo, havia evidências claras de recuperação de nitrogênio ureico pelos esquilos com microbiomas intestinais intactos.

É importante ressaltar que os esquilos com microbiomas intestinais empobrecidos não apresentaram evidências de recuperação de nitrogênio ureico em nenhuma etapa, confirmando que esse processo era totalmente dependente da capacidade dos micróbios intestinais de degradar a uréia, algo que os próprios esquilos não podem fazer.

Regan e sua equipe também fizeram duas outras descobertas importantes:

• Primeiro, a incorporação de nitrogênio ureico na proteína tecidual dos esquilos foi maior durante o final do inverno, sugerindo que o resgate do nitrogênio ureico se torna mais ativo à medida que a estação de hibernação prossegue. Isso é diferente da maioria dos processos fisiológicos durante a hibernação, quando tendem a ser significativamente reduzidos.
• Segundo, havia evidências de que os próprios micróbios estavam usando o nitrogênio da uréia para construir suas próprias novas proteínas, o que é útil para eles porque, como o esquilo, estão em condições de hibernação em jejum. Assim, tanto o esquilo quanto seus micróbios se beneficiam da recuperação do nitrogênio ureico, o que torna esse processo uma verdadeira simbiose.

O que isso significa, disse Regan, é que os esquilos saem da hibernação na primavera em boa forma. Isso é importante porque a única época de acasalamento do ano, que é uma época de intensa atividade física para machos e fêmeas, ocorre logo após eles saírem da hibernação. A função do tecido – particularmente a função do tecido muscular – é, portanto, altamente importante para uma temporada de acasalamento bem-sucedida.

“Ao facilitar a síntese de proteína muscular no final da temporada de hibernação, o resgate de nitrogênio ureico pode ajudar a otimizar a função muscular dos esquilos emergentes e contribuir para seu sucesso reprodutivo durante a época de acasalamento”, disse Regan. "O resgate de nitrogênio de uréia pode, portanto, melhorar a aptidão biológica geral dos animais".

Missas famintas e idosos

Além das implicações para as viagens espaciais e a saúde dos astronautas, a descoberta de Regan pode ter impactos mais imediatos agora aqui na Terra – nas massas famintas do mundo subdesenvolvido e nos idosos.

Centenas de milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de perda muscular como consequência de várias condições – a desnutrição, por exemplo, afeta mais de 805 milhões de pessoas em todo o mundo. Mais prevalente no Canadá é a sarcopenia, um declínio relacionado à idade na massa muscular decorrente da insensibilidade anabólica que afeta todos os seres humanos, levando a um declínio de 30 a 50% na massa muscular esquelética entre as idades de 40 e 80 anos.

“Os mecanismos que mamíferos como o esquilo de 13 linhas evoluíram naturalmente para manter o equilíbrio de proteínas em suas próprias situações limitadas por nitrogênio podem informar estratégias para maximizar a saúde de outros animais limitados por nitrogênio, incluindo humanos”, disse Regan. Uma solução pode ser desenvolver uma pílula pré ou probiótica que as pessoas possam tomar para promover um microbioma intestinal do tipo que hibernadores como os esquilos têm.

“Para ser claro, essas aplicações, embora teoricamente possíveis, estão muito longe de serem entregues, e muito trabalho adicional é necessário para traduzir esse mecanismo naturalmente evoluído de forma segura e eficaz para os seres humanos”, disse Regan.

"Mas uma coisa que acho encorajadora é que um estudo do início dos anos 1990 forneceu algumas evidências de que os humanos são capazes de reciclar pequenas quantidades de nitrogênio ureico por meio desse mesmo processo. Isso sugere que o maquinário necessário está instalado. Ele só precisa ser otimizado ."