Фотосинтезирующие бактерии снабжают сердце кислородом после ишемического приступа.

Сердцу, как и любому другому органу, нужен кислород и питательные вещества, которые оно получает из крови. Но бывает так, что кровеносные сосуды не могут снабжать сердечную мышцу кислородом в должной мере, и тогда говорят об ишемической болезни сердца.

Цианобактерии вместе с клеткам крысиной сердечной мышцы. (Фото: J.E. Cohen et al. / Science Advances, 2017.)

Причины тут могут быть разные: атеросклеротические отложения на стенках артерий, питающих сердце, появление тромбов, сосудистые спазмы.

Как сделать так, чтобы сердце получало столько кислорода, сколько ему нужно? Очевидно, нужно как-то подлечить его сосуды. А можно поступить иначе, снабдив сердечную мышцу собственным источником кислорода. Именно так поступили исследователи из Стэнфорда, подсадив цианобактерий в крысиное сердце.

Цианобактерии, или сине-зелёные водоросли, способны к фотосинтезу, то есть они синтезируют углеводы из углекислого газа, используя свет как источник энергии для биохимических реакций. Побочный продукт фотосинтеза — кислород. Именно этот кислород можно было бы отдать сердцу.

Поначалу Джозеф Ву (Joseph Woo) и его коллеги экспериментировали с растениями, а точнее, с хлоропластами — органеллами растительных клеток, в которых и происходят процессы фотосинтеза. Но хлоропласты, извлечённые из клеток капусты и шпината, оказались нестабильны, а сами растительные клетки содержать вместе с клетками сердечной мышцы по разным причинам невозможно. Тогда, как говорится на портале The Scientist, исследователи переключились на цианобактерию Synechococcus elongatus. Она, как выяснилось, вполне уживается с сердечными клетками, выращенными в культуре, так что оставалось только проверить, сможет ли бактерия обеспечить кислородом настоящее живое сердце.

Подопытным крысам устраивали ишемический сердечный приступ, после чего вводили им в сердце цианобактерий, и, чтобы активировать фотосинтез, освещали сердечную мышцу.

Через десять минут, как пишут авторы работы в Science Advances, в освещённом сердце уровень кислорода повышался в 25 раз, тогда как в сердце, которое получило бактериальную инъекцию, но которое не освещали, уровень кислорода повысился всего в три раза.

Дополнительный кислород помогал сердечной мышце лучше работать: через 45 минут сердце крыс, которым ввели цианобактерий с облучением светом, билось сильнее и прокачивало крови на 30% больше по сравнению с крысами, которым бактерий вводили без освещения (то есть у которых не активировали фотосинтез).

И такой эффект длился довольно долго: даже спустя четыре недели «бактериальное» сердце билось сильнее, чем то, в которое бактерий не вводили, или вводили, но не освещали. Сами цианобактерии в сердце надолго не оставались — через день они полностью исчезали из организма, так что даже иммунитет не успевал никак на них отреагировать. Очевидно, всё дело именно в «первой помощи»: сердцу, чтобы прийти в себя, нужно было получить достаточно кислорода сразу же после приступа, и бактерии с этой задачей вполне успешно справлялись.

Конечно, уже сейчас можно представить цианобактериальные способы лечения кислородной недостаточности. Однако здесь есть одна проблема: для фотосинтеза нужен свет, а подвести свет к человеческому сердцу довольно непросто. Сами авторы работы вместе с другими инженерными лабораториями уже сейчас пытаются создать такое устройство, с помощью которого можно было бы легко осветить сердце человека.