개미는 인슐린 반응을 변경하여 10배 더 오래 산다

많은 자손을 낳는 동물은 수명이 짧은 경향이 있는 반면 덜 번식하는 종은 더 오래 사는 경향이 있습니다. 바퀴벌레는 XNUMX년 미만의 기간 동안 수백 개의 알을 낳습니다. 생쥐는 XNUMX년 또는 XNUMX년 동안 수십 마리의 새끼를 낳습니다. 혹등고래는 XNUMX~XNUMX년에 한 마리의 새끼만 낳고 수십 년을 삽니다. 경험 법칙은 영양 자원을 빠르게 재생산하거나 장기적인 이점을 위해 더 강력하게 성장하도록 하는 진화 전략을 반영하는 것 같습니다.

그러나 개미 여왕은 모든 것을 가질 수 있습니다. 일부 개미 종에서 여왕개미는 둥지의 모든 일꾼이 되는 수천 개의 알을 낳으면서 30년 이상을 산다. 이와는 대조적으로 번식하지 않는 암컷인 일개미는 몇 달밖에 살지 못합니다. 그러나 환경이 요구하는 경우 일부 종의 일꾼은 둥지의 이익을 위해 가짜 여왕이 되어 수명을 크게 연장할 수 있습니다.

개미 수명의 이 거대한 범위를 지배하는 것이 무엇인지는 잘 이해되지 않았지만, 최근 두 연구에서 개미의 수명을 유연하게 만드는 요인에 대한 중요한 세부 정보가 밝혀졌습니다. In 과학, New York University의 연구원들은 일부 여왕개미가 인슐린의 노화 효과를 억제하는 단백질을 생성하여 수명을 단축하지 않고 알을 낳는 데 필요한 모든 추가 음식을 소비할 수 있음을 보여주었습니다. 그리고 안으로 전인 최근 biorxiv.org 서버에 게시된 독일의 연구원들은 항산화제 및 기타 화합물의 풍부한 칵테일을 분비하여 개미 숙주의 수명을 크게 연장하는 기생충을 설명했습니다. 두 연구 모두 관찰된 유기체의 수명이 유전자에 의해 부과된 제한과 거의 관련이 없다는 증거를 추가합니다.

"노화에 관한 대부분의 연구는 수명이 매우 짧은 모델 유기체에 대해 수행됩니다."라고 말했습니다. 로랑 켈러, 스위스 로잔 대학교의 생태학과 진화학 교수. 사회적 곤충은 식민지의 여왕벌과 일벌레가 종종 동일한 게놈을 가지고 있지만 수명이 한 자릿수 차이가 나기 때문에 노화에서 유전자 발현의 중요성을 연구할 수 있는 매력적인 기회를 제공한다고 그는 설명했습니다. (100년 전에 Keller는 여왕개미가 개미가 진화한 조상의 고독한 곤충보다 약 XNUMX배 더 오래 산다는 것을 보여주었습니다.)

그리고 노동자들은 수명이 짧기 때문에 "당신은 그들을 더 오래 살게 하는 방법을 알아내려고 노력할 수 있습니다."라고 말했습니다. 아르주나 라자쿠마르, 현재 매사추세츠 공과대학의 화이트헤드 연구소에서 일개미에 대한 번식 제한을 연구하고 있는 박사후 연구원이며 최근 맥길 대학교에서 대학원 과정을 마쳤습니다. 흥미로운 가능성은 곤충의 수명을 연장하는 대사 메커니즘이 인간을 포함한 다른 종에도 적용될 수 있다는 것입니다. "우리는 어떤 것이 왜 그렇게 오래 사는가 [단지]가 아니라 어떤 것을 더 오래 살게 만드는 방법을 이해하고 싶습니다."라고 그는 말했습니다.

덜 늙는 동안 더 많이 먹기

수십 년 동안 연구에서는 인슐린과 인슐린이 노화의 주요 조절자로 활성화하는 생화학적 신호 시스템을 지적했습니다. 인슐린은 신체 세포가 당 포도당을 흡수하고 사용하는 방식에 영향을 미치므로 성장, 재생산 및 수리를 위해 세포가 사용할 수 있는 에너지의 양에 근본적인 영향을 미칩니다. 그 과정에서 잠재적으로 유해한 자유 라디칼 및 대사 부산물인 기타 산화 분자의 생성을 조절합니다. 많은 연구자들은 이것이 인슐린 수치를 낮게 유지하는 칼로리 제한 다이어트가 많은 종에서 수명을 연장하는 것처럼 보이는 이유라고 의심합니다.

게다가 인슐린은 개미에게 의미를 더한 것 같다. 몇 년 전, 진화 생물학자가 이끄는 작업 다니엘 크로나우어 Rockefeller University에서 개미가 인슐린에 반응하는 방법 번식 여왕과 비생식 노동자가 있는 이타주의적 식민 사회로 진화하도록 그들을 부추긴 것 같습니다.

그래서 XNUMX년 전, 비크람 찬드라 여왕개미와 일개미의 차이점을 연구하는 록펠러 대학교 대학원생이었던 그는 인슐린에 대해 매우 고민하고 있었습니다. 그와 잉그리드 페터-프루네다당시 연구실의 박사후 연구원이었던 그는 7개 개미 종의 유전자 발현을 조사한 팀을 공동으로 이끌었고 일개미보다 여왕개미의 뇌에서 더 많은 인슐린 신호가 발생한다는 결론을 내렸습니다. 일개미에게 인슐린을 주사하자 휴면 중인 난소가 활성화되어 알의 발달이 촉발되었습니다. 연구를 감독한 크로나우어(Kronauer)에 따르면, 이러한 발견은 인슐린 신호가 개미의 번식을 유발한다는 것을 보여주었습니다.

그 발견은 생물학자들 사이의 장기적인 협력의 일환으로 수행된 새로운 작업의 토대를 마련했습니다. 클로드 데스플란 과 대니 라인버그 뉴욕 대학교에서. 그들은 진화가 여왕개미가 더 오래 사는 이유를 설명할 수 있는 방식으로 개미의 인슐린 신호 경로의 일부 구성 요소를 재배선했다는 것을 보여주었습니다.

Desplan과 Reinberg는 인도 점핑 개미를 연구했습니다.Harpegnathos 소금기), 여왕벌은 약 XNUMX년을 살고 일꾼은 약 XNUMX개월밖에 살지 못합니다. 그러나이 종에서 수명의 차이는 확정되지 않았습니다. 여왕벌이 죽거나 식민지에서 제거되면 일꾼들은 여왕벌레의 향기가 사라지는 것을 거의 즉시 감지합니다. 그들 중 일부는 그녀의 자리를 차지하기 위해 결투하는 "게이머게이트"(의사 여왕)가 됩니다. 결국 소수의 승리한 게이머게이트(보통 XNUMX~XNUMX명)가 공동으로 식민지의 알을 낳는 여왕의 역할을 맡게 됩니다. 그런 다음 다른 작업자는 불필요한 게이머 게이트를 "경찰"하여 알을 낳지 못하도록 강제로 진압합니다.

하지만 게이머게이트의 행동만 변하는 것은 아닙니다. 그들은 기능적인 난소를 개발하고 알을 낳을 수 있으며 수명은 XNUMX~XNUMX년까지 연장됩니다. 게이머게이트는 여왕만큼 다작이 아니기 때문에 여왕의 알 생산량을 대체하려면 보통 XNUMX~XNUMX개가 필요합니다. 여왕이 살고 있는 콜로니에 게이머게이트를 도입하면 게이머게이트는 일꾼으로 돌아가 수명이 단축된다.

일꾼이 게이머게이트가 되면 신진대사가 달라진다. 그녀는 더 많이 먹고 결과적으로 인슐린 수치가 상승하여 난소 발달을 촉발합니다. 그녀는 계란에 포장되는 지질을 만들기 위해 음식을 사용합니다. 그러나 인슐린과 노화에 대한 이전 연구에서 NYU 연구자들은 더 큰 인슐린 신호가 더 긴 수명이 아니라 더 짧은 수명과 연결될 것이라고 예상했습니다.

연구원들은 인슐린 신호의 세부 사항에 숨어있는 해답을 찾았습니다. 인슐린이 세포 표면의 수용체에 결합하면 세포 내부에서 두 가지 다른 화학 경로를 포함하여 일련의 반응을 일으킵니다. 한 경로는 MAP 키나아제라고 하는 효소를 활성화하고 신진대사와 난소 발달에 중요합니다. 다른 경로는 더 긴 수명을 촉진하는 것으로 보이는 전사 인자를 억제합니다. 연구원들은 놀랍게도 게이머게이트에서 난소와 뚱뚱한 몸(포유류 간과 거의 동일)을 보았을 때 MAP 키나아제 경로가 활성화되었지만 다른 경로는 활성화되지 않았다는 것을 발견했습니다.

추가 연구에서는 게이머게이트의 난소가 MAP 키나제 경로를 무시하지만 지방체의 두 번째 경로를 방해하는 단백질 Imp-L2를 강력하게 발현한다는 것을 보여주었습니다. Desplan은 "이 단백질은 신진대사를 허용하는 하나의 경로를 보호하지만 노화로 이어지는 경로를 억제하는 기능을 하는 것으로 보인다"고 말했다.

다른 연구자들은 새로운 연구가 Imp-L2가 수명에 영향을 미친다는 것을 명확하게 보여주지 않는다고 지적합니다. Desplan과 Reinberg는 작업자의 단백질을 활성화하면 더 오래 살 수 있는지 아니면 게이머게이트에서 단백질을 억제하면 죽게 되는지 직접 테스트하지 않았습니다. 빨리. 그러한 실험은 몇 달 또는 몇 년 동안 개미에게 인슐린 억제제를 주입해야 할 수도 있기 때문에 도전적입니다.

그럼에도 불구하고 개미가 인슐린 신호 시스템의 다른 가지를 조작하고 있다는 Desplan과 Reinberg의 제안은 "정말 그럴듯하고 흥미로운 가설"이라고 현재 하버드 대학의 박사후 연구원인 Chandra는 말했습니다. "이것을 테스트하기 위해 더 많은 실험실을 자극한다면 매우 멋질 것입니다."

개미보다 초파리를 대상으로 유전자 실험을 하는 것이 더 쉽기 때문에 데스플란 연구팀은 이제 개미의 수명을 연장할 수 있는지 알아보고 있다. Drosophila Imp-L2의 발현을 활성화하여 초파리. 언젠가 Desplan은 생쥐에서도 실험을 시도하기를 희망합니다. “우리는 해야 할 흥미로운 일이 많습니다.”라고 그는 말했습니다.

생명을 연장시키는 기생충

이상하게도 자연은 이미 다른 종에서 유사한 실험을 자체 버전으로 실행한 것 같습니다. 독일의 연구원들은 최근 기생 촌충이 개미 수명의 극단적인 가소성을 자체적으로 유리하게 조작하는 능력을 진화시켰다는 사실을 발견했습니다.

촌충은 일생의 일부를 도토리개미 속에서 보내야 합니다(분흉 닐란데리), 개별 도토리 안에 짓는 둥지에서 이름을 얻습니다. 일꾼들이 먹이를 구하러 나갈 때 때때로 촌충 알을 먹고 감염됩니다. 그러나 수명주기를 완료하려면 촌충도 딱따구리를 감염시켜야 하며 딱따구리가 개미의 도토리 집을 먹을 때 그 기회를 얻습니다.

몇 년 전, 실험실의 학생인 Sara Beros는 수잔 포이치크 독일 마인츠의 요하네스 구텐베르크 대학에서 도토리 개미 둥지를 열고 감염되지 않은 일벌레가 몇 달 동안 관찰하는 동안 모두 사망했지만 감염된 일벌레는 죽지 않았다는 이상한 발견을 했습니다. (기생개미는 색이 갈색에서 노란색으로 변하기 때문에 쉽게 식별할 수 있습니다.) Beros가 Foitzik에게 이 사실을 말했을 때 Foitzik은 이렇게 생각했다고 회상합니다. 모든 것이 죽는다.” 그러나 Beros는 "그래서 제대로 조사했습니다."

지난 여름 국제 사회 곤충 연구 연맹(International Union for the Study of Social Insects) 회의에서 발표된 작업에서 크리스마스 직전에 게시된 biorxiv.org 프리프린트 서버, Foitzik의 팀은 개미에서 촌충의 애벌레 단계 동안 일개미의 수명을 극적으로 연장시키는 개미의 혈액(혈림프)에 단백질을 주입한다는 것을 보여주었습니다. 인디언 점핑 개미와 달리 도토리 개미는 일반적으로 게이머 게이트로 발전하지 않으므로 기생충의 수명 연장은 자연스러운 전례가 없습니다.

Kronauer는 "효과는 매우 강력합니다."라고 말했습니다. XNUMX년간의 실험 동안 감염된 일꾼은 감염되지 않은 일꾼보다 XNUMX배 더 오래 살았고 사망률은 여왕벌만큼 낮았습니다. 기생충의 조작은 일벌레의 수명을 너무 연장시켜 “기본적으로 여왕벌과 구별할 수 없을 정도”라고 그는 말했다.

감염된 도토리개미 일벌이 번식하지는 않지만 몇 가지 측면에서 여왕개미와 비슷해집니다. Foitzik은 다음과 같이 말했습니다. 여왕벌이 둥지에서 제거되면 난소를 개발하는 첫 번째 일꾼이기도 합니다.

Foitzik과 그녀의 팀은 촌충 유충이 감염된 개미의 혈림프에 250개 이상의 단백질을 생성하고 분비한다는 사실을 발견했습니다. 이는 전체 순환 단백질의 약 7%를 구성하기에 충분합니다. 대부분의 단백질은 특성이 규명되지 않았지만 그 중 두 가지는 항산화제로 식별할 수 있습니다. "따라서 [촌충]이 개미에게 항산화제를 방출하는 것처럼 보이며 이것이 수명을 늘릴 수 있습니다."라고 그녀는 말했습니다.

Foitzik과 그녀의 팀은 기생 개미의 유전자 발현 변화를 측정했을 때 감염된 개미가 더 많은 항산화제를 생성한다는 사실을 발견했습니다. 더욱이 여왕벌과 감염된 일개미는 은, 그러나 감염되지 않은 근로자는 그렇지 않았습니다. 연구원들은 이전에 은 초파리의 수명을 연장하는 유전자.

일벌이 좀 더 여왕처럼 될 때 일련의 발달 및 신진대사 변화가 일어나는 것은 분명하지만, 어떤 변화가 수명 연장에 가장 중요한지 구분하기는 어렵습니다. 인슐린과 항산화제가 중요하지만 Keller는 다른 많은 요인들도 역할을 할 가능성이 있다고 생각합니다. "따라서 수명의 차이를 단순히 설명하는 단일 경로는 없을 것이라고 생각합니다. 아마도 많은 것을 변경해야 할 것입니다."라고 그는 말했습니다.

Keller는 기생충이 일반적으로 수명을 연장하기보다는 단축하기 때문에 기생충에 대한 발견이 매력적이라고 ​​생각합니다. 그러나이 경우 개미의 수명 연장은 기생충에 적응하는 것으로 보입니다. 촌충은 딱따구리가 도토리를 찾아 먹을 수있을만큼 충분히 오랫동안 감염된 개미에서 지속되어야합니다. 그 전에 일꾼이 죽으면 촌충도 함께 죽는다. 촌충은 일꾼의 수명을 몇 년 연장함으로써 결국 딱따구리가 나타날 확률을 높입니다. 혈림프에 풍부한 항산화제는 촌충 유충이 숙주만큼 오래 살도록 도울 수도 있습니다.

"여기 기생충은 사회적 숙주를 이용하고 있습니다."라고 Foitzik은 설명했습니다. 고독한 무척추동물을 기생시키는 것은 결코 오래 살지 못하기 때문에 이치에 맞지 않습니다. "하지만 여왕벌이 이미 20년 동안 안전한 둥지에서 살고 있는 사회적 곤충에서는 그런 종류의 장난을 칠 수 있습니다."

정정: 10년 2023월 XNUMX일
이 기사의 이전 버전에서는 개미 계급 간 유전자 발현의 차이에 대한 Chandra의 연구에 대한 Fetter-Pruneda의 기여를 언급하는 것을 무시했습니다.