Små fabrikker flyder inde i vores celler og giver dem næsten al den energi, de har brug for: mitokondrierne. Deres effektivitet falder, når vi bliver ældre, men også når vi står over for mange sygdomme som diabetes, kræft eller Parkinsons. Det er grunden til, at forskere i stigende grad er interesserede i, hvordan de arbejder. Hos EPFL har et hold udviklet en protokol til at måle deres aktivitet live i levende dyr. Metoden er beskrevet i Nature Chemical Biology og er afhængig af det molekyle, der er ansvarlig for ildfluens bioluminescens. I ordets mest bogstavelige betydning kaster denne undersøgelse lys over, hvordan mitokondrier fungerer.
Mitokondrier er næsten som celler i cellen. Ligesom deres vært har de en membran, der beskytter deres genetiske materiale og frem for alt filtrerer udvekslinger med ydersiden. Forskellen i elektrisk ladning mellem mitokondriernes inderside og yderside, kaldet "membranpotentiale", tillader visse molekyler at gå igennem, mens andre forbliver i skak.
Som mellem de to poler på et brugt elektrisk batteri, kan mitokondriernes membranpotentiale nogle gange falde. For videnskabsmænd er dette et umiskendeligt fingerpeg om, at dets funktioner er svækket.
Vi ved, hvordan man måler fænomenet på dyrkede celler. Men indtil nu har man ikke rigtig kunne se det på levende dyr. "Cellekulturer er ikke særlig effektive til at studere sygdomme forbundet med mitokondrier," forklarer Elena Goun, professor ved EPFL.
Elena Goun og hendes kolleger har fundet en måde at studere fænomenet i levende mus. De bruger dyr, der er genetisk modificerede til at udtrykke luciferase - et enzym, der producerer lys, når det kombineres med en anden forbindelse kaldet luciferin. Sådan lyser ildfluer nogle gange op i vores sommeraftener.
Forskere har udviklet to molekyler, der, når de sprøjtes ind i gnaveren, passerer ind i mitokondrierne, hvor de aktiverer en kemisk reaktion. Mitokondrierne producerer derefter luciferin og udstøder det udad. Luciferin kombineres med luciferase i musenes celler og producerer lys.
"I et helt mørkt rum kan du se musene gløde, ligesom ildfluer," siger Elena Goun.
Forskere behøver kun at måle lysintensiteten for at få et klart billede af, hvor godt mitokondrierne fungerer. Når de fungerer dårligere, slipper deres membran færre kemiske forbindelser ind. Produktionen af luciferin falder, og derfor også lysstyrken.
For at demonstrere potentialet i deres metode udførte forskerne adskillige eksperimenter. For eksempel observerede de, at ældre gnavere producerer betydeligt mindre lys. Dette fald i lys afspejler et fald i mitokondriers aktivitet - deres membranpotentiale er meget lavere end hos yngre gnavere. Vi ved, at alder forårsager et fald i mitokondriers aktivitet, men det er første gang, at fænomenet er blevet målt nøjagtigt direkte i levende dyr.
Holdet testede også et kemikalie, der er kendt for at forynge mitokondrier: nikotinamid-ribosid. Dette molekyle er ikke-giftigt og kommercielt tilgængeligt som et kosttilskud. Mus, der fik denne forbindelse, producerede mere lys, et tegn på øget mitokondriel aktivitet.
Forskerne var også i stand til at måle det samme fænomen i dyremodeller af kræft. Dette kunne være til stor hjælp for forskning i lægemidler mod kræft. Derudover demonstrerede de også med succes overvågning af mitokondriers membranpotentiale i celler af brunt fedtvæv, rigt på mitokondrier. Dets stimulering kunne hjælpe med at helbrede visse former for fedme.
Metoden beskrevet af Elena Goun er primært beregnet til forskere, der ønsker at forstå mitokondriers rolle bedre, og som har brug for en dyremodel. Anvendelsesområdet er bredt: diabetes, onkologi, aldring, ernæring, neurogenerative sygdomme… "Vores proces kan måle forskellige grader af mitokondrieraktivitet og ikke kun et tænd/sluk-signal," forklarer Elena Goun. "Den er ekstremt følsom - meget mere end en PET-scanning - overkommelig og nem at implementere.
