Эндрю Стил - Бессмертные. Почему гидры и медузы живут вечно, и как людям перенять их секрет

Одна из проблем, которая с возрастом ухудшает процесс аутофагии, заключается в том, что со временем система может буквально засориться. Аутофагия происходит в органеллах клетки, называемых лизосомами, похожими на крошечные странствующие желудки, плавающие вокруг и готовые переваривать отходы, которые переправляются к ним различными клеточными сборщиками мусора. Как и у желудка, внутри лизосомы отличаются кислой средой и полны пищеварительных ферментов, каждый из которых специализируется на измельчении, разбивании или разрывании определенных типов молекулярных отходов.

К сожалению, некоторые виды мусора настолько покорежены, что ни один из шестидесяти ферментов в лизосоме не может придумать, как их вскрыть. Поначалу это не такая уж большая проблема. Если у вас в клетке плавает какой-то не поддающийся разложению нарушитель спокойствия, вы можете заточить его в лизосоме, вдали от всех важных, требующих деликатного обращения клеточных компонентов. Однако наступает момент, когда лизосома настолько раздувается от мусора, что уже не может работать с максимальной эффективностью.

Этот мусор известен как «липофусцин», он состоит из сломанных и неправильно свернутых белков и жиров, сшитых вместе с высокореактивными металлами, такими как железо и медь. Его легко заметить под микроскопом, потому что он флуоресцирует. Если вы светите на него светом определенного цвета, он светится в ответ другим цветом. Липофусцин представляет собой особую проблему в неделящихся клетках, таких как клетки мозга и сердца. Это одна из причин, по которой нейродегенеративные заболевания могут быть первыми мишенями для препаратов, стимулирующих аутофагию. Клетки, которые постоянно делятся, могут обойти накопление, разделяя отходы между каждой дочерней клеткой. Как говорится, поделиться проблемой – все равно что наполовину уменьшить ее и даже, возможно, решить. Если есть некоторый пороговый уровень липофусцина, чье превышение вызывает проблемы, то постоянное деление может удерживать его ниже этого порога. Но трудности могут возникнуть, если, например, слишком много липофусцина разбавляет кислоту внутри лизосом до такой степени, что некоторые ферменты, которые требуют кислой среды для выполнения своих задач, перестают работать. Это, в свою очередь, приведет к дальнейшему накоплению мусора – мусора, который клетка ранее была в состоянии разрушить, – и создаст порочный круг. Эта мысль известна под восхитительным названием теория катастрофы из-за клеточного мусора.

Липофусцин – это «мусор» внутри наших клеток. Особенно опасен он в неделящихся клетках мозга и сердца.

Одним из мест, где этот порочный круг особенно проблематичен, являются глаза, находящиеся в состоянии, известном как возрастная макулярная дегенерация (ВМД) ВМД – самая распространенная форма слепоты в развитых странах [52] Во всем мире ВДЖП значительно опережает в качестве причины слепоты катаракту, которую обычно можно вылечить простой операцией, и, что самое печальное, неисправленную ошибку рефракции, т. е. количество людей, которым нужны очки, но у которых их нет. – Примеч. авт. , и большинство людей старше 80 лет имеют хотя бы некоторые ее признаки. Заболевание вызывается гибелью клеток ретинального пигментного эпителия сетчатки (ПЭС). Эти клетки поддерживают светочувствительные палочки и колбочки на задней поверхности глаза, и их гибель вызывает потерю зрения в макуле – центральной области глаза, отвечающей за цветное зрение высокого разрешения.

Один из главных подозреваемых в этой клеточной смерти – липофусцин: в пожилом возрасте растянутые лизосомы, набитые большим количеством отходов, связанных со зрением, которые называются A2E, могут занимать до 20 % объема внутри клетки. И дело не только в глазах, где липофусцин, по-видимому, стоит за возрастными проблемами. Другой пример лизосом, набитых до отказа, обнаружен в пенистых клетках, образующих атеросклеротические бляшки, состоящие из иммунных клеток с лизосомами, забитыми холестерином, особенно в окисленных и гликированных формах, которые трудно перевариваются.

Эти лизосомальные порочные круги, возможно, стоит попытаться разорвать. Одно из предположений основано на том, как мы в настоящее время лечим лизосомные болезни накопления, или ЛБН (англ. Lysosomal Storage Diseases, LSD), совокупность редких состояний, возникающих в результате мутаций в генах, кодирующих различные ферменты, содержащиеся в лизосоме. Если один из этих шестидесяти ферментов, уничтожающих мусор, сломан или отсутствует, больные не могут расщепить конкретный тип отходов, который разлагает этот фермент. Из-за этого лизосомы заполняются, к сожалению, чрезмерно быстро. Неслучайно существует около шестидесяти ЛБН, причем худшие типы вызывают смерть в младенчестве. Однако некоторые из них могут быть эффективно излечены путем обеспечения пациентов ферментом, которого им не хватает, что позволяет многим больным в зависимости от типа заболевания вести относительно нормальную жизнь. При старении вместо замены фермента, отсутствующего в организме, нам нужно было бы предоставить новые ферменты, способные помочь лизосомам избавиться от мусора, с которым они в настоящее время не могут справиться. Одним из источников могут быть бактерии. Бактерии – невероятно разносторонние организмы: они проникли почти во все мыслимые экосистемы планеты, находя способы существования на невероятно негостеприимных продуктах питания. Таким образом, вполне вероятно, что для любого типа липофусцина где-то есть бактерия, способная заниматься его перевариванием. Несколько различных групп ученых идут по этому пути, пытаясь сузить круг поиска ферментов, которые могли бы расщеплять продукты, чего наши клетки в одиночку сделать не могут.

Множество различных видов бактерий, способных разрушать отходы на основе холестерина, которые являются проблемой при атеросклерозе, было обнаружено в таких разнообразных местах, как отложения из Северного моря и кучи навоза. Одно особенно увлекательное исследование выявило некоторые ферменты, расщепляющие холестерин, в палочке Коха (Mycobacterium tuberculosis), бактерии, вызывающей туберкулез у людей. Туберкулез – это инфекция с невероятным потенциалом, когда дело доходит до уклонения от иммунной системы человека. Ее бактерии способны поглощаться и затем скрываться внутри макрофагов, посланных для их уничтожения. Как они выживали внутри этих иммунных клеток, давно было загадкой, пока не обнаружили, что они способны существовать, извлекая энергию не из чего иного, как из холестерина внутри клетки. Когда ответственные за это гены были перенесены в человеческие клетки в чашке Петри, они приобрели способность расщеплять холестерин. К сожалению, здесь необходима дальнейшая работа, поскольку продукты, на которые был расщеплен холестерин, оказались токсичными. Но если туберкулез – вероятно, один из ведущих убийц в прошлом человечества, поможет нам создать инструменты для борьбы с сердечно-сосудистыми заболеваниями, одним из самых смертоносных врагов человечества сегодня, то это будет чистой симметрией.