Już w latach 30. XX wieku naukowcy zauważyli, że rozwielitki i szczury karmione restrykcyjnie w młodym wieku żyły dłużej. Ten sam efekt pojawił się później u muszek owocowych i myszy. Nie wiedzieliśmy jednak, w jaki sposób posiłek zjedzony w niemowlęctwie może wpływać na zdrowie tygodnie, miesiące, a nawet lata później. Niedawne badanie opublikowane w "Nature" być może znalazło odpowiedź.

Zespół kierowany przez Fumiakiego Obatę, biologa z RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research w Kobe w Japonii, odkrył białko, które przenosi w dorosłość zapis tego, co muszki owocowe jadły jako larwy, wpływając na długość ich życia.

Laboratoryjne muszki owocowe karmi się mieszanką drożdży i cukru, przy czym drożdże są ich głównym źródłem białka. "Zmniejszyliśmy tylko stężenie drożdży w diecie, z ośmiu procent do jednego lub dwóch procent" – wyjaśnia Obata. Ta niskobiałkowa dieta została wprowadzona mniej więcej w połowie okresu larwalnego. Gdy muszki wydostały się z poczwarek jako osobniki dorosłe, wróciły do standardowego pożywienia.

W eksperymencie Obaty muszki z ograniczeniem białka, zarówno samce, jak i samice, żyły dłużej niż ich dobrze odżywione rodzeństwo. Ale miało to swoją cenę. Muszki były bledsze i lżejsze, ważąc czasem o 28 procent mniej. Samice składały też mniej jaj.

"To właściwie bardzo powszechne. Rozmnażanie i długość życia zawsze pozostają w relacji wymiany" – mówi Obata. "Tak jest również w przypadku tej restrykcji dietetycznej we wczesnym okresie życia. Mają mniej jaj i są nieco mniejsze. Ale mają wydłużoną długość życia".

Ten typowy kompromis nie był jednak całą historią. Kiedy zespół dodał aminokwasy, czyli cegiełki budulcowe białek, z powrotem do larwalnego pokarmu z małą ilością drożdży, wzrost długości życia zniknął. W jakiś sposób ciała dorosłych muszek pamiętały, ile białka zjadły jako larwy. Obata i jego współpracownicy nazwali to pamięcią żywieniową i postanowili znaleźć, gdzie dokładnie w ciele ta pamięć jest przechowywana.

Porównanie aktywności genów u dorosłych muszek hodowanych na diecie niskobiałkowej i standardowej ujawniło około 100 kandydatów na białka, które mogłyby przechowywać informację o wczesnym spożyciu białka. "Zasadniczo sprawdzaliśmy jedno po drugim, które będzie ważne" – mówi Obata.

Aby zawęzić poszukiwania, zespół znakował larwalny pokarm, by ustalić, które białka w ciele dorosłej muszki zostały zbudowane z pożywienia zjedzonego jako larwa. Larwy hodowano na syntetycznej diecie, w której dwa aminokwasy, lizyna i arginina, zostały wytworzone z rzadszych, cięższych izotopów atomów węgla i azotu. Gdy larwy stały się dorosłymi muszkami, zespół przeszedł na pokarm z drugim zestawem aminokwasów znakowanych innymi, lżejszymi izotopami.

Następnie badacze użyli spektrometrii masowej, aby zważyć fragmenty białek z głów muszek. Ten sam fragment białka mógł rejestrować się jako kilka jednostek cięższy lub lżejszy, w zależności od tego, czy został zbudowany z larwalnego, czy dorosłego pokarmu. "To zasadniczo osiągalne tylko dzięki temu eksperymentowi ze stabilnymi izotopami" – mówi Obata.

Trzy dni po osiągnięciu dorosłości prawie 64 procent białek w głowach muszek było wciąż zbudowanych z aminokwasów zjedzonych przez larwy. Do szóstego dnia spadło to tylko do około 46 procent. Wśród nich wyróżniały się białka rybosomalne, które są częścią kompleksu wytwarzającego wszystkie inne białka. Muszki karmione dietą z ograniczeniem białka jako larwy miały ich mniej i wolniej tworzyły nowe białka w pierwszym tygodniu dorosłości.

To natychmiast nasunęło pytanie. Muszki przechodzą metamorfozę wewnątrz kokonu poczwarki, a poczwarki nie jedzą. Zatem larwalne aminokwasy, które trafiły do dorosłych białek rybosomalnych, musiały być gdzieś przechowywane podczas metamorfozy, a to, co je przechowywało, musiało być wrażliwe na to, ile białka zjadły larwy.

Zespół zaczął szukać białka, które zarówno reagowało na dietę larwalną, jak i przetrwało do dorosłości. I je znalazł.

Było to białko zwane larwalnym białkiem surowicy 2, w skrócie Lsp2. Larwy gromadzą je jako spiżarnię na czas metamorfozy, gdy przestają jeść. "Muszki masowo wyrażają to Lsp2 we wczesnym okresie życia" – mówi Obata. "I wiedzieliśmy, że istnieje pewne przenoszenie tego białka Lsp2".