Caenorhabditis elegans, de spoelwormen of nematoden waarop het onderzoek werd uitgevoerd.
kdfj/Wikimedia Commons/cc BY-SA 3.0

Wonden produceren natuurlijke antibiotica die zorgen voor langere slaap en hogere overlevingskansen

Wonden en infecties brengen een aangeboren immuunrespons op gang waartoe onder meer de productie van natuurlijke antibiotica in de wonde en een langere slaap behoren. Er is nog niet veel geweten over hoe oppervlakkige wonden of de aangeboren immuniteit een signaal geven aan het zenuwstelsel om de slaapperiode te verlengen. Onderzoekers hebben nu bij wormen een nieuw mechanisme ontdekt waarbij die natuurlijke antibiotica, AMP's genaamd, als boodschapper fungeren. Ze activeren receptoren in de hersenen die op hun beurt maken dat de slaapneuronen zorgen voor een langere slaap. 

Slaap is het beste medicijn, zo luidt een gezegde, en studies hebben inderdaad aangetoond dat een langere slaap leidt tot een vlotter herstel. Het is dus niet verwonderlijk dat onze hersenen op een verwonding reageren door onze slaapperiode te verlengen, maar hoe komt dat? Hoe weten onze hersenen dat we een wonde hebben? Stuurt de wonde een soort van langeafstandsboodschap naar onze hersenen? 

Een internationaal team van wetenschappers heeft zich over deze vragen gebogen door te kijken naar verwondingen en slaap bij wormen, meer bepaald bij de veel in experimenten gebruikte rondworm Caenorhabditis elegans. 

"De worm C. elegans is het eenvoudigste dier waar we naar kunnen kijken om slaap, te bestuderen. Het is een model waarop we een breed gamma van technieken uit de moleculaire biologie kunnen toepassen om fundamentele biologische processen tot in het kleinste detail te onderzoeken", zei professor Henrik Bringmann.

Bringmann is leider van een onderzoeksgroep aan het Biotechnologische Zentrum van de Technische Universität Dresden en gastleider van een onderzoeksgroep aan het Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie. Hij is ook de corresponderende auteur van de nieuwe studie over de AMP's. 

C. elegans drukt een gen uit (in fel groen) dat de productie van AMP's bevordert.
Henrik Bringmann

AMP's als boodschappers

Het team onder leiding van Bringmann begon het onderzoek door te zoeken naar genen die verantwoordelijk zijn voor het verlengen van de slaap bij wormen. Ze voerden een grootschalige genetische screening uit en analyseerden meer dan 4.500 verschillende genetische mutaties. 

Een van die genen trok hun aandacht: als ze de activiteit van dat gen stimuleerden, leidde dat tot een enorme verhoging van de productie van antimicrobiële peptiden (AMP's). Peptiden zijn verbindingen van een klein aantal aminozuren die kunnen dienen als bouwsteen voor eiwitten en AMP's zijn natuurlijke antibiotica die het lichaam produceert in wonden om daar ter plaatse ziekteverwekkers te bevechten. 

Om het verband te vinden tussen de AMP's en het doorgeven van signalen in verband met slaap, manipuleerden de onderzoekers de expressie van genen bij de wormen. De expressie van een gen betekent dat het gen zich uitdrukt, dat het actief is in de cel en die de stoffen laat produceren waarvoor het verantwoordelijk is, bepaalde eiwitten of in dit geval peptiden. 

De onderzoekers deden dat in samenwerking met immunologen van het Centre d'Immunologie de Marseille-Luminy (CIML) van de Aix Marseille Université.

Samen schakelde het team de productie van de natuurlijke antibiotica uit en keek dan wat er met de wormen gebeurde. Wat klinkt als het omdraaien van een schakelaar, bleek in de realiteit helemaal geen eenvoudige opgave. 

Het bleek namelijk dat de antimicrobiële peptiden een hoge zogenaamde redundantie hadden, overtolligheid. Het team ontdekte dat niet minder dan 19 verschillende genen allemaal verantwoordelijk waren voor het produceren van AMP's  en dat het die tegelijk moesten uitschakelen om een opvallend verschil te zien. En dat bleek grote gevolgen te hebben voor de wormen.

"We zagen dat de wormen die geen AMP's produceerden, veel minder sliepen na een verwonding", zei Bergmann. "Normaal gezien overleven wormen verwondingen behoorlijk goed, maar we stelden vast dat het slaapverlies het aantal wormen deed toenemen die een schijnbaar niet-levensbedreigende verwonding niet overleefden." 

De onderzoekers waren in staat aan te tonen dat de AMP's, eenmaal losgekomen uit de huidwonde, als boodschapper fungeerden en receptoren in de hersenen activeerden. Die activering werkte dan weer als een schakelaar en bracht slaapneuronen, -slaaphersencellen - ertoe de slaapperiode langer te laten duren.  

"Het was al langer geweten dat AMP's plaatselijk werken, maar ons werk suggereert dat ze ook werken als langeafstandsboodschapper-moleculen die vanuit wonden de behoefte aan slaap signaleren aan het zenuwsysteem", zei professor Bringmann. 

De resultaten van de studie vormen nieuw bewijs voor de rol die slaap speelt bij het herstellen van verwondingen. "Aangezien slaap bij zo goed als alle dieren voorkomt, vormen onze resultaten een aanwijzing voor het feit dat slaap cruciaal zou kunnen zijn om te herstellen van een verwonding en ze te overleven, niet alleen voor C. elegans wormen maar ook voor andere dieren en mogelijk zelfs mensen", zei Bringmann.   

Volgens de onderzoekers is het mogelijk dat AMP's ook bij andere dieren en mensen diezelfde signaalfunctie vervullen.

De studie van de Duitse en Franse onderzoekers is gepubliceerd in Current Biology. Dit artikel is gebaseerd op een persmededling van de Technische Universität Dresden.   

Meest gelezen