In de jaren dertig merkten wetenschappers dat watervlooien en ratten die als jong dier een beperkt dieet kregen, langer leefden. Hetzelfde effect is sindsdien aangetroffen bij fruitvliegen en muizen. Wat we niet wisten, was hoe een maaltijd die in de kindertijd wordt gegeten, de gezondheid weken, maanden of zelfs jaren later kan beïnvloeden. Een recente studie in Nature heeft mogelijk het antwoord gevonden.

Een team onder leiding van Fumiaki Obata, bioloog aan het RIKEN Centrum voor Biosysteemdynamica Onderzoek in Kobe, Japan, vond een eiwit dat tot in de volwassenheid een registratie bijhoudt van wat fruitvliegen als larven aten, en dat beïnvloedt hoe lang ze leven.

Laboratoriumfruitvliegen krijgen een mix van gist en suiker, waarbij gist hun belangrijkste eiwitbron is. "We verlaagden alleen de gistconcentratie in het dieet, van acht procent naar één of twee procent," legt Obata uit. Dit eiwitarme dieet werd ongeveer halverwege de larvale periode ingevoerd. Zodra de vliegen als volwassenen uit hun poppen kwamen, kregen ze weer standaardvoedsel.

In Obata's experiment leefden de eiwitbeperkte vliegen, zowel mannetjes als vrouwtjes, langer dan hun goed gevoede broers en zussen. Maar dat had een prijs. De vliegen waren bleker en lichter, soms wel 28 procent lichter. De vrouwtjes legden ook minder eieren.

"Het is heel gebruikelijk, eigenlijk. Voortplanting en levensduur staan altijd in een trade-off relatie," zegt Obata. "Dit is ook het geval bij deze vroege levensdieetbeperking. Ze hebben minder eieren en ze zijn iets kleiner. Maar ze hebben een langere levensduur."

Deze typische trade-off was echter niet het hele verhaal. Toen het team aminozuren, de bouwstenen van eiwitten, weer toevoegde aan het larvevoedsel met weinig gist, verdween de levensduurverlenging. Op de een of andere manier herinnerden de lichamen van de volwassen vliegen zich hoeveel eiwit ze als larven hadden gegeten. Obata en zijn collega's noemden dit een nutritioneel geheugen en gingen op zoek naar waar in het lichaam dat geheugen precies werd bewaard.

Het vergelijken van genactiviteit in volwassen vliegen die op eiwitarm en standaarddieet waren opgegroeid, leverde ongeveer 100 kandidaat-eiwitten op die de informatie over vroege eiwitinname zouden kunnen opslaan. "We gingen basically één voor één na welke belangrijk zouden zijn," zegt Obata.

Om de zoektocht te beperken, markeerde het team het larvevoedsel om te achterhalen welke eiwitten in het lichaam van een volwassen vlieg waren opgebouwd uit voedsel dat het als larve had gegeten. Larven werden opgekweekt op een synthetisch dieet waarin twee aminozuren, lysine en arginine, waren gemaakt met zeldzamere, zwaardere isotopen van koolstof- en stikstofatomen. Zodra de larven volwassen vliegen werden, schakelde het team over op voedsel met een tweede set aminozuren gemarkeerd met andere, lichtere isotopen.

Vervolgens gebruikten de onderzoekers massaspectrometrie om fragmenten van eiwitten uit de koppen van de vliegen te wegen. Hetzelfde eiwitfragment kon een paar eenheden zwaarder of lichter uitvallen, afhankelijk van of het was opgebouwd uit larve- of volwassenvoedsel. "Dit is basically alleen haalbaar met dit stabiele-isotopenexperiment," zegt Obata.

Drie dagen na het volwassen worden was bijna 64 procent van de eiwitten in de koppen van de vliegen nog steeds gemaakt van aminozuren die door larven waren gegeten. Op dag zes was dat slechts gedaald tot ongeveer 46 procent. Opvallend waren ribosomale eiwitten, die deel uitmaken van het complex dat alle andere eiwitten maakt. Vliegen die als larve een eiwitbeperkt dieet hadden gehad, hadden er minder van en maakten nieuwe eiwitten langzamer tijdens hun eerste levensweek als volwassene.

Dit riep onmiddellijk een vraag op. Vliegen ondergaan een metamorfose in een pop, en poppen eten niet. Dus de larvale aminozuren die in volwassen ribosomale eiwitten terechtkwamen, moesten ergens tijdens de metamorfose zijn opgeslagen, en wat ze ook vasthield, moest gevoelig zijn voor hoeveel eiwit de larven aten.

Het team ging op zoek naar een eiwit dat zowel reageerde op het larvedieet als de volwassenheid overleefde. En ze vonden het.

Het was een eiwit genaamd larval serum protein 2, of Lsp2. Larven slaan het op als een voorraadkast voor de metamorfose wanneer ze stoppen met eten. "De vliegen brengen dit Lsp2 massaal tot expressie in het vroege leven," zegt Obata. "En we wisten dat er enige overdracht is van dit Lsp2-eiwit."