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

Поскольку одним из преимуществ микробиоты является обеспечение нас полезными молекулами, окончательный подход к реализации ее преимуществ состоит в том, чтобы идентифицировать бактериальные побочные продукты, вывести эти микробы и давать их непосредственно в виде лекарств. Недавнее исследование этой идеи было дерзким исчерпывающим экспериментом на наших любимых червях-нематодах C. elegans. Черви обычно выращиваются на пластинках бактерий кишечной палочки (E. coli), которые служат как пищей, так и единственным организмом в кишечной микробиоте, благодаря чему обитателей их кишечника значительно легче изучать, чем богатые экосистемы, обнаруженные у людей или рыб. Кишечная палочка – очень распространенный лабораторный организм, и поэтому можно заказать штаммы, в которых нет любого из 3983 генов, чье отсутствие не убивает бактерии. Таким образом, исследование нематод включало выращивание 3983 пластинок червей, каждая из них питалась кишечной палочкой, у которой отсутствовал другой ген. 29 из этих мутантных бактерий увеличили продолжительность жизни червей. Было обнаружено, что два из этих 29 генов, способствующих долголетию, контролируют выработку полисахарида, называемого колановой кислотой. Наконец, прямое введение червям колановой кислоты увеличило их продолжительность жизни на 10 %, даже если они питались обычной кишечной палочкой.

Это исследование не только доказывает принцип, согласно которому прямое поглощение микробных метаболитов может увеличить продолжительность жизни, но и демонстрирует невероятную полезность нематод для массовых систематических поисков, подобных этому. Проведение тысяч параллельных экспериментов с различными бактериальными штаммами на мышах просто невозможно. Самым простым вариантом было бы, если бы колановая кислота имела какое-то прямое применение в высших организмах, таких как мы. Но независимо от этого, если этот общий принцип выдержит испытание временем, то начнется гонка, чтобы увидеть, являются ли молекулы или микробы самым простым способом реализовать преимущества кишечных бактерий в реальной клинической практике.

Хотя еще слишком рано говорить о том, найдут ли лекарства, модифицирующие микробиоту, свое место в борьбе со старением, это, безусловно, кажется правдоподобным. С лучшим пониманием того, как эти полезные и вредные организмы влияют на наше тело, мы все могли бы периодически пить таблетки с сублимированными фекалиями, чтобы поддерживать здоровье кишечника.

Коллаген – это структурный белок, название которого вы можете узнать по (часто сомнительным) заявлениям на этикетках кремов для кожи и лица. Как и во многих не совсем научных утверждениях, здесь есть зерно истины: коллаген – самый важный белок в структуре кожи и многих других тканях организма, от кровеносных сосудов до костей. Это наш самый широко представленный в организме белок, который составляет два или три килограмма от среднего веса взрослого человека, и служит на удивление долго. Современные оценки показывают, что требуются годы, чтобы коллаген в коже вышел из строя, а белок в хрящах, что обеспечивает гладкую прокладку между костями в суставах, может служить всю жизнь.

Одна молекула коллагена выглядит как действительно крошечный кусочек нити, состоящий из трех ниточек атомов, скрученных друг вокруг друга. Молекулы коллагена затем удерживаются вместе перекрестными связями, которые закрепляются на определенных точках и присоединяют ее к соседним. Это фибрилла, которая, если отдельные молекулы коллагена являются нитью, представляет собой толстый длинный отрезок веревки. Затем фибриллы связываются вместе с различными молекулами, образуя еще более толстые структуры, называемые волокнами – подобно толстым многожильным кабелям, которые поддерживают подвесной мост. Точная структура отдельных молекул коллагена жизненно важна для многотысячной мегаструктуры коллагенового волокна. Она диктует, как молекулы сливаются в фибриллы, как фибриллы собираются в волокна и какие другие молекулы вовлекаются в этот процесс, чтобы действовать как опора, клей или смазка. Результат, в свою очередь, управляет свойствами волокна – не слишком жестким, не слишком гибким, но как раз подходящим для огромного диапазона биологических контекстов. Одни и те же основные молекулярные строительные блоки могут создавать различные типы коллагена – от эластичного в коже и кровеносных сосудах до более жесткого в сухожилиях и сильного и грузоподъемного в костях. Это часто игнорируемое биологическое чудо: мы редко отступаем назад, чтобы полюбоваться изысканной эволюционной инженерией, которая позволяет белкам самособираться в массивные, невероятно эффективные команды.

Коллаген – самый важный белок в структуре кожи и других тканей организма: от кровеносных сосудов до костей.

К сожалению, эта сложная структура может быть нарушена химическими модификациями, которые изменяют строение отдельных составляющих ее молекул коллагена. Высокореактивные химические вещества, такие как сахар и кислород, могут прилипать к коллагену, вызывая сильное разрушение. Болтающиеся сахара могут ломать открытые фибриллы, позволяя воде врываться внутрь и нарушать баланс их тщательно откалиброванной внутренней химии. Многие из этих сахарных модификаций несколько преходящи и могут просто отпасть, но иногда они сами могут быть модифицированы. Это может в итоге привести к образованию конечного продукта гликирования (КПГ), который является почти неизменным. Он может висеть на одной молекуле коллагена, как и их сахарные предшественники, или сшивать молекулы коллагена, сковывая два белка вместе и останавливая их плавное движение друг вокруг друга. Все эти изменения могут также нарушить специально построенные перекрестные связи, тип и частота которых диктуют механические свойства коллагена. Масштабный эффект этих микроскопических модификаций заключается в смещении коллагена от золотой середины между жесткостью и растяжимостью. Хотя эффект варьирует в зависимости от ткани, наиболее распространенным является снижение эластичности, что вы легко можете увидеть сами: если защемить участок кожи, то с годами он все медленнее возвращается в первозданное состояние.

Помимо прямого воздействия на сам коллаген, эти химические изменения могут создавать цепи обратной связи, ухудшающие ситуацию. Коллаген обеспечивает каркас для многих клеток, которые держатся на нем, от кожи до костей. В свою очередь, клетки отвечают за поддержание коллагена, производя новый коллаген, чтобы обновить строительные леса, на которых они сидят, как ответственные граждане, поддерживающие свой район в хорошем состоянии. Клетки связываются с коллагеном в точно определенных местах, положение и свойства которых являются еще одной особенностью, определяемой молекулярной структурой этого белка. По мере того как эта структура нарушается, места связывания могут стать неявными или не такими липкими, из-за чего клетки прикрепляются на месте менее прочно. Это плохо само по себе, потому что уменьшает целостность ткани, но, возможно, хуже то, как реагирует клетка. По мере того как ее привязанность к коллагену ослабевает, она начинает задумываться о своей идентичности. Когда клетки решают, как им себя вести, сигналы, которыми они руководствуются, поступают из «внеклеточного матрикса» (англ. extracellular matrix, ECM), к которому они привязаны. В тех случаях, когда прочный контакт с коллагеном подтверждает роль клетки в качестве клетки кожи или в стенке артерии, потеря этого контакта вызывает некоторые сомнения. Как ни парадоксально, из-за этого она производит меньше нового коллагена: вместо того, чтобы беспокоиться о недостатке ECM и производить больше, чтобы компенсировать его, как вы могли бы ожидать, клетка убеждается, что она не одна из тех клеток, которые сидят на коллагеновом каркасе, и поэтому ей не нужно его производить.