Buat pertama kalinya, penyelidik telah memantau secara visual, dalam resolusi tinggi, mengenai masa dan lokasi penyimpanan lemak dalam sel utuh lalat buah. Alat pengimejan optik baharu daripada makmal profesor kejuruteraan bio Lingyan Shi di University of California San Diego telah pun digunakan untuk menguraikan kaitan yang sering dibincangkan namun misteri, iaitu hubungan antara diet dan perkara seperti obesiti, diabetes dan penuaan.
Platform mikroskop optik yang dibangunkan oleh kejuruteraan bio UC San Diego adalah unik. Ia membolehkan para penyelidik mengesan secara visual, dengan resolusi tinggi dalam sel lemak, bagaimana perubahan diet tertentu mempengaruhi cara lalat menukar tenaga daripada makanan mereka kepada lemak. Alat ini juga membolehkan para penyelidik memantau proses terbalik menukar lemak kembali menjadi tenaga. Di samping itu, para penyelidik kini boleh memantau secara visual akan perubahan saiz dalam “bekas” simpanan lemak individu dalam kelas sel lalat buah iaitu yang serupa dengan sel lemak (adiposa) mamalia.
Dalam kertas kajian baru Aging Cell, para penyelidik menunjukkan keupayaan untuk mengesan secara visual tentang perubahan dalam metabolisme lemak (lipid) pada lalat selepas mereka menggunakan pelbagai jenis diet yang berbeza. Diet tersebut termasuklah diet terhad kalori, diet protein tinggi, dan diet yang menggunakan dua kali, empat kali dan sepuluh kali gula daripada diet kebiasaannya.
“Dengan sistem mikroskop optik baharu kami, kami dapat melihat di mana dan bila lemak dimasukkan ke dalam simpanan dan dibawa keluar dari simpanan,” kata Shi, profesor kejuruteraan bio di UC San Diego yang turut terlibat dalam penulisan kertas kajian ini. “Ini adalah teknologi pengimejan pertama yang boleh menggambarkan metabolisme lemak pada resolusi tinggi dalam kedua-dua ruang dan masa dalam sel-sel lemak individu. Kami telah menunjukkan bahawa kami boleh melihat di mana dan bila metabolisme lipid berubah dalam sel-sel badan lemak lalat buah individu sebagai tindak balas kepada perubahan diet.”
“Minat untuk mengoptimumkan diet manusia adalah sengit, ” Shi meneruskan. “Orang ramai mahukan jawapan kepada soalan seperti, ‘Apakah diet terbaik untuk melambatkan penuaan? Apakah diet terbaik untuk menurunkan berat badan? Apakah diet terbaik untuk memanjangkan tempoh kesihatan?’ Saya masih belum mempunyai jawapan kepada soalan-soalan ini, tetapi dalam makmal saya, kami membangunkan teknologi baharu yang membawa kami lebih dekat untuk menjawab beberapa soalan besar mengenai ‘diet’ di luar sana.”
Dalam kerja baharu Aging Cell, sebagai contoh, penyelidik melaporkan cara baharu untuk menjawab soalan seperti:
Sejauh manakah diet tertentu, seperti diet tinggi protein, atau diet tinggi gula, atau diet terhad kalori, mengubah proses lalat buah menukar tenaga daripada makanan kepada lemak? Dan sejauh manakah diet yang sama ini mempengaruhi proses lalat buah menukarkan semula lemak kepada tenaga?
“Kami membangunkan alat ini untuk membantu kami menguraikan hubungan antara diet dan fenomena seperti obesiti, diabetes, penuaan dan umur panjang,” kata Shi.
Mengesan saiz titisan lemak dalam sel lalat buah yang utuh ialah satu contoh perkara yang boleh dilakukan dengan platform visualisasi baharu.
“Saiz titisan ialah satu cara untuk mengesan berapa banyak lemak yang disimpan ‘terbalik’ atau ditukar kembali kepada tenaga. Ini adalah aspek penting metabolisme lipid, dan kami kini mempunyai alat yang membolehkan kami menjejaki perubahan dalam saiz titisan lipid tertentu dalam sel individu lalat buah,” kata Yajuan Li, MD. PhD, yang merupakan penyelidik pasca doktoral di makmal Shi di UC San Diego dan pengarang pertama pada kertas dalam Aging Cell.
Heavy Water
Platform visualisasi baharu dibina berdasarkan beberapa kerja Shi yang terdahulu menggunakan variasi pada air biasa, dipanggil heavy water atau (D2O). Air berat, secara literal, lebih berat daripada air biasa. Molekul air berat mengandungi satu atom oksigen seperti air biasa. Tetapi sebagai ganti pasangan atom hidrogen — “H2” dalam “H20” — air berat mengandungi sepasang atom deuterium yang lebih berat.
Seperti air “biasa”, air berat secara bebas dimasukkan ke dalam sel organisma hidup. Oleh itu, apabila penyelidik memberikan air berat kepada lalat buah, dan kemudian lalat buah itu mula menukar tenaga daripada makanannya kepada molekul lemak untuk disimpan, beberapa molekul lemak tersebut mengandungi deuterium. Dengan cara ini, kelaziman atom deuterium dalam lipid yang disimpan dalam sel lemak lalat buah menjadi cara untuk mengukur berapa banyak lemak yang disimpan oleh lalat itu.
Memperkenalkan air berat ketika kita menukar diet lalat dalam masa yang sama, kita dapat memantau bagaimana diet mengubah perolehan lipid. Butiran lanjut tentang cara sistem berfungsi, Shi berkata, “Apabila kami membangunkan teknologi baharu, alat baharu, ia pasti akan memberi inspirasi kepada kami untuk bertanya soalan biologi baharu.”
Apabila ia datang untuk memahami hubungan antara komposisi diet dan metabolisme lipid, soalan biologi baharu membawa penyelidik kembali kepada beberapa soalan tertua dan paling menarik tentang hubungan antara diet dan obesiti, diabetes, penuaan dan umur panjang.
Artikel diterjemahkan dari :
University of California – San Diego. “Bioengineers visualize fat storage in fruit flies.” ScienceDaily. ScienceDaily, 19 April 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/04/220419140735.htm>.
Jurnal kajian :
Yajuan Li, Wenxu Zhang, Anthony A. Fung, Lingyan Shi. DO?SRS imaging of diet regulated metabolic activities in Drosophila during aging processes. Aging Cell, 2022; 21 (4) DOI: 10.1111/acel.13586