Einige Fledermäuse überleben und gedeihen mit Blutzuckerwerten, die für andere Säugetiere tödlich wären

Der Mensch muss seinen Blutzuckerspiegel regulieren, um gesund zu bleiben und seine Zellen mit Energie zu versorgen. Zu wenig oder zu viel davon kann ernsthafte gesundheitliche Komplikationen verursachen, und ein hoher Blutzuckerspiegel ist ein Kennzeichen der Stoffwechselerkrankung Diabetes. Neue Forschungsergebnisse des Stowers Institute for Medical Research könnten mögliche Lösungen für Stoffwechselerkrankungen liefern, indem sie sich der Evolution und Fledermäusen zuwenden.

Erschienen in Naturökologie und EvolutionDie von den Co-Erstautorinnen und Postdoctoral Research Associate Jasmin Camacho, Ph.D., und der ehemaligen Stowers-Forscherin Andrea Bernal-Rivera aus dem Labor von Stowers Associate Investigator Nicolas Rohner, Ph.D., geleitete Studie berichtet von den höchsten jemals beobachteten natürlichen Blutzuckerkonzentrationen bei Säugetieren. Diese Entdeckung lässt darauf schließen, dass Fledermäuse Strategien entwickelt haben, um trotz dieser extremen Eigenschaft zu überleben und sogar zu gedeihen.

„Unsere Studie berichtet von Blutzuckerwerten, die die höchsten sind, die wir jemals in der Natur gesehen haben – Werte, die bei Säugetieren tödlich und zum Koma führen würden, bei Fledermäusen jedoch nicht“, sagte Camacho. „Wir sehen eine neue Eigenschaft, von der wir nicht wussten, dass sie möglich ist.“

Vor dreißig Millionen Jahren ernährte sich die neotropische Blattnasenfledermaus ausschließlich von Insekten. Seitdem haben sich diese Fledermäuse durch Veränderungen ihrer Ernährung in viele verschiedene Arten entwickelt. Ausgehend von Insekten haben sich heute verschiedene Linien auf eine Ernährung spezialisiert, die Früchte, Nektar, Fleisch und alles dazwischen umfasst – sogar nur Blut.

„Wenn wir Tiere untersuchen, die seit Millionen von Jahren existieren, können wir beginnen, die Veränderungen zu katalogisieren, die im Laufe der Evolution stattgefunden haben“, sagte Camacho. „Was neotropische Blattnasenfledermäuse für Studien so einzigartig macht, ist, dass diese Gruppe aus vielen verschiedenen Arten mit sehr unterschiedlichen Ernährungsweisen besteht, wodurch es möglich wird, Antworten auf die Frage zu finden, wie sich die Ernährung entwickelt hat. Die Hoffnung ist, dass wir dieses Verständnis auf andere Säugetiere, einschließlich des Menschen, ausweiten können, wo es vielleicht Möglichkeiten gibt, zu lernen, wie wir unsere eigene Gesundheit besser schützen können.“

Um herauszufinden, wie Fledermäuse ihre Ernährung variierten, reiste das Team in die Dschungel Mittelamerikas, Südamerikas und der Karibik, um dort mehrere Jahre lang Feldforschung zu betreiben. Bei diesen Catch-and-Release-Expeditionen wurden Glukosetoleranztests – die Messung der Zuckerkonzentration im Blut – an fast 200 in der Wildnis gefangenen Fledermäusen von 29 Arten durchgeführt, nachdem sie einmal mit einer von drei Zuckerarten gefüttert worden waren, die mit der Ernährung von Insekten, Früchten oder Nektar verbunden sind.

„Wir haben gesehen, wie Zucker auf unterschiedliche Weise aufgenommen, gespeichert und im Körper verwendet wird, und wie sich dieser Prozess aufgrund unterschiedlicher Ernährungsweisen spezialisiert hat“, sagte Bernal-Rivera.

Der Mechanismus, der den Blutzuckerspiegel in einem engen, gesunden Bereich hält, wird als Glukosehomöostase bezeichnet. Sie wird normalerweise durch das Hormon Insulin reguliert und ist der Grund, warum sie bei Diabetes aus dem Gleichgewicht gerät. Verschiedene Arten von Blattnasenfledermäusen zeigen ein Spektrum von Anpassungen an die Glukosehomöostase, die von Veränderungen der Darmanatomie bis hin zu genetischen Veränderungen bei Proteinen reichen, die den Zucker vom Blut in die Zellen transportieren.

„Fruchtfledermäuse haben ihren Insulin-Signalweg so verfeinert, dass er den Blutzucker senkt“, sagte Camacho. „Am anderen Ende des Spektrums können Nektarfledermäuse hohe Blutzuckerwerte vertragen, ähnlich wie sie bei Menschen mit unbehandeltem Diabetes beobachtet werden. Sie haben einen anderen Mechanismus entwickelt, der nicht von Insulin abhängig zu sein scheint.“

Obwohl die genaue Art und Weise, wie Nektarfledermäuse mit Glukose umgehen, noch immer erforscht wird, fanden die Forscher mögliche Hinweise auf alternative Stoffwechselstrategien zur Glukoseregulation. Bei Fledermäusen mit zuckerreicher Ernährung wurde beobachtet, dass die Darmabschnitte länger sind und die Darmzellen eine größere Oberfläche zur Aufnahme von Nährstoffen aus der Nahrung haben als bei Fledermäusen mit anderer Ernährung. Darüber hinaus weisen Nektarfledermäuse, im Gegensatz zu Flughunden, eine kontinuierliche Expression eines Gens auf, das für den Zuckertransport verantwortlich ist, eine Eigenschaft, die auch bei einer Kolibriart beobachtet wurde.

„Diese Studie stellt äußerst wichtige Ressourcen für das Fachgebiet bereit“, sagte Dr. Nadav Ahituv, Professor für Bioingenieurwesen und Genetik an der University of California in San Francisco. „Sie liefert nicht nur Stoffwechselmerkmale verschiedener Fledermausarten mit unterschiedlicher Ernährung, sondern auch ihre Darmmorphologie sowie mögliche Genombereiche und Proteinstrukturunterschiede, die Ernährungsanpassungen vorantreiben könnten.“

„Die Datensätze werden künftige Forschungen antreiben, die darauf abzielen, Unterschiede in der Ernährung von Säugetieren zu differenzieren und könnten die Entwicklung neuer Therapeutika für eine Vielzahl von Stoffwechselerkrankungen beim Menschen vorantreiben“, sagte Ahituv.