Wie sich Flughunde dazu entwickelten, so viel Zucker zu konsumieren, könnte Auswirkungen auf die Diabetesforschung haben

Eine zuckerreiche Ernährung ist eine schlechte Nachricht für den Menschen und führt zu Diabetes, Fettleibigkeit und sogar Krebs. Dennoch überleben und gedeihen Flughunde, indem sie jeden Tag bis zum Doppelten ihres Körpergewichts an zuckerhaltigen Früchten fressen.

Jetzt haben Wissenschaftler der UC San Francisco herausgefunden, wie sich Flughunde möglicherweise so entwickelt haben, dass sie so viel Zucker konsumieren, mit möglichen Auswirkungen auf die 37 Millionen Amerikaner mit Diabetes. Die Ergebnisseveröffentlicht in Naturkommunikationweisen auf Anpassungen im Körper der Flughunde hin, die verhindern, dass ihre zuckerreiche Ernährung schädlich wird.

Laut den Centers for Disease Control and Prevention ist Diabetes die achthäufigste Todesursache in den Vereinigten Staaten und verursacht jedes Jahr direkte medizinische Kosten in Höhe von 237 Milliarden US-Dollar.

„Bei Diabetes kann der menschliche Körper kein Insulin produzieren oder erkennen, was zu Problemen bei der Kontrolle des Blutzuckers führt“, sagte Nadav Ahituv, Ph.D., Direktor des UCSF Institute for Human Genetics und Co-Senior-Autor der Studie. „Aber Flughunde verfügen über ein genetisches System, das den Blutzuckerspiegel kontrolliert. Wir würden gerne von diesem System lernen, um bessere Insulin- oder Zuckererkennungstherapien für Menschen zu entwickeln.“

Ahituvs Team konzentrierte sich auf die Evolution der Bauchspeicheldrüse der Fledermäuse, die den Blutzucker kontrolliert, und der Nieren. Sie fanden heraus, dass die Bauchspeicheldrüse der Flughunde im Vergleich zur Bauchspeicheldrüse einer insektenfressenden Fledermaus über mehr insulinproduzierende Zellen sowie genetische Veränderungen verfügt, die ihr dabei helfen, eine immense Menge Zucker zu verarbeiten. Darüber hinaus hatten sich die Nieren von Flughunden angepasst, um sicherzustellen, dass lebenswichtige Elektrolyte aus ihren wässrigen Mahlzeiten erhalten blieben.

„Selbst kleine Änderungen an einzelnen DNA-Buchstaben machen diese Ernährung für Flughunde sinnvoll“, sagte Wei Gordon, Ph.D., Co-Erstautor der Arbeit, Absolvent des TETRAD-Programms der UCSF und Assistenzprofessor für Biologie am Menlo College. „Wir müssen einen solchen Stoffwechsel mit hohem Zuckergehalt verstehen, um Fortschritte zu erzielen und einem von drei Amerikanern zu helfen, die an Prädiabetes leiden.“

Eine Naschkatze ohne Folgen

Jeden Tag wachen Flughunde nach 20 Stunden Schlaf vier Stunden lang auf, um sich an Früchten zu laben. Dann geht es zurück zum Schlafplatz.

Um zu verstehen, wie ein Flughund diese Leistung des Zuckerkonsums vollbringt, arbeiteten Ahituv und Gordon mit Wissenschaftlern verschiedener Institutionen zusammen, von der Yonsei-Universität in Korea bis zum American Museum of Natural History in New York City, um den jamaikanischen Flughund zu vergleichen bis zur großen braunen Fledermaus, die nur Insekten frisst.

Die Forscher analysierten die Genexpression (welche Gene ein- oder ausgeschaltet waren) und die regulatorische DNA (die Teile der DNA, die die Genexpression steuern) mithilfe einer Methode zur Messung beider in einzelnen Zellen.

„Diese neuere Einzelzelltechnologie kann nicht nur erklären, welche Zelltypen sich in welchen Organen befinden, sondern auch, wie diese Zellen die Genexpression regulieren, um jede Diät zu bewältigen“, sagte Ahituv.

Bei Flughunden hat sich die Zusammensetzung der Bauchspeicheldrüse und der Nieren an ihre Ernährung angepasst. Die Bauchspeicheldrüse verfügte über mehr Zellen zur Produktion von Insulin, das den Körper anweist, den Blutzucker zu senken, sowie über mehr Zellen zur Produktion von Glucagon, dem anderen wichtigen zuckerregulierenden Hormon. Die Nieren der Flughunde hingegen verfügten über mehr Zellen, um beim Filtern des Blutes knappe Salze einzufangen.

Wenn man genauer hinschaut, hat sich die regulatorische DNA in diesen Zellen so entwickelt, dass sie die entsprechenden Gene für den Fruchtstoffwechsel ein- oder ausschaltet. Die große braune Fledermaus hingegen verfügte über mehr Zellen zum Proteinabbau und zur Wassereinsparung. Die Genexpression in diesen Zellen wurde auf eine Ernährung mit Insekten abgestimmt.

„Die Organisation der DNA rund um die Insulin- und Glucagon-Gene unterschied sich deutlich zwischen den beiden Fledermausarten“, sagte Gordon. „Früher galt die DNA rund um Gene als ‚Schrott‘, aber unsere Daten zeigen, dass diese regulatorische DNA Flughunden wahrscheinlich dabei hilft, auf plötzliche Anstiege oder Abfälle des Blutzuckers zu reagieren.“

Während die Biologie des Flughundes in Teilen der Biologie von Menschen mit Diabetes ähnelte, schien der Flughund etwas zu entwickeln, von dem Menschen mit einer Naschkatze nur träumen konnten: ein Naschkatzen ohne Folgen.

„Es ist bemerkenswert, von Modellorganismen wie der Labormaus Abstand zu nehmen und mögliche Lösungen für menschliche Gesundheitskrisen in der Natur zu entdecken“, sagte Gordon. „Fledermäuse haben es herausgefunden und es liegt alles in ihrer DNA, das Ergebnis natürlicher Selektion.“

Superhelden der Evolution

Die Studie profitierte von dem in jüngster Zeit gestiegenen Interesse an der Untersuchung von Fledermäusen zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit. Gordon und Ahituv reisten nach Belize, um mit fast 50 anderen Fledermausforschern an einem jährlichen Bat-a-Thon teilzunehmen, bei dem sie eine Zählung wilder Fledermäuse sowie Feldproben für die Wissenschaft machten. Eine der bei dieser Veranstaltung gefangenen jamaikanischen Flughunde wurde für die Zuckerstoffwechselstudie verwendet.

Als eine der vielfältigsten Säugetierfamilien weisen Fledermäuse viele Beispiele für evolutionäre Triumphe auf, von ihrem Immunsystem bis hin zu ihrer besonderen Ernährung und darüber hinaus.

„Für mich sind Fledermäuse wie Superhelden, jeder mit einer erstaunlichen Superkraft, sei es Echoortung, Fliegen, Blutsaugen ohne Gerinnung oder Obstessen und kein Diabetes“, sagte Ahituv. „Diese Art von Arbeit ist erst der Anfang.“