Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Если Ламарк был прав, птица по мере роста могла все больше походить на курицу, а советский человек мог становиться все более совершенным коммунистом. Выросшая птица передала бы свои новые «куриные гены» следующему поколению. Это означает, что курица появилась раньше яйца. В этом сценарии нет нарушения логики; в частности, именно так развиваются бактерии. У бактерий нет половых клеток. Когда они делятся, они передают все вновь приобретенные признаки обеим дочерним клеткам. Но организмы, размножающиеся половым путем, передают гены иначе. Тело отмирает, не передавая гены следующему поколению, а весь наследуемый генетический материал содержится только в половых клетках. Таким образом, генетические изменения, приведшие к появлению курицы, произошли в одной из двух половых клеток (или в обеих) и при оплодотворении соединились в яйце. Это означает, что первая курица вылупилась из яйца, отложенного птицей, которая не была курицей. Так что сначала было яйцо.

Конечно же, «первая курица» появилась не внезапно; происходил плавный переход от не-кур (на самом деле, красных джунглевых кур Callus gallus ) к домашним курам. Таким образом, яйца эволюционировали раньше кур. Яйца с твердой скорлупой были изобретены рептилиями примерно 250 млн лет назад. После каменноугольного периода на Земле стало суше и холоднее, высохли гигантские лесные болота. Рептилии обзавелись чешуйками и покрытыми скорлупой яйцами, чтобы избежать такой зависимости от воды, как у земноводных. Яйца в скорлупе можно было откладывать на суше и не бояться, что они высохнут. Это стало началом «эры рептилий», которая длилась до исчезновения динозавров около 65 млн лет назад. Однако наличие у яйца твердой скорлупы вызвало необходимость совокупления. Скорлупа образуется до откладывания яйца, так что оплодотворение происходит внутри организма самки. Таким образом, все рептилии спаривались и передали этот признак своим потомкам — птицам и млекопитающим. Так небольшой экскурс в историю жизни позволяет понять, что акт спаривания и яйцо появились раньше кур, и делает бессмысленным привлечение бесконечной регрессии.

Аналогичная ситуация наблюдается в вопросе о роли кислорода и свободных радикалов в старении и развитии заболеваний. Что происходит раньше: выделяются радикалы или начинается болезнь? В 1950-х гг. Ребека Гершман, Даниел Гилберт и Денам Харман заявили, что активные промежуточные продукты кислородного дыхания вызывают старение и болезни. Это серьезное заявление до сих пор не нашло экспериментального подтверждения. Но при этом многие люди, включая знаменитых ученых, считают, что антиоксиданты могут творить чудеса. Однако большинство исследователей согласится с высказыванием Барри Холлиуэлла и Джона Гаттриджа:

«К 1990-м гг. стало ясно, что антиоксиданты не панацея от старения и болезней, и только нетрадиционная медицина все еще цепляется за эту идею».

Немногие научные направления обещают так много (излечить от старости!) и столько раз меняли свой курс, как изучение свободнорадикальных процессов. Всеобщее возбуждение в значительной степени было связано с открытием супероксиддисмутазы (СОД) в конце 1970-х гг. (см. главу 10) и ее несостоятельностью в качестве «чудодейственного лекарства». Применение высоких доз пищевых антиоксидантов тоже не привело к желаемому результату. Эта область исследований быстро превратилась в «ненаучную науку», в рамках которой делались не подкрепленные доказательствами заявления. Мы уже касались этой темы в главе 9, обсуждая обратную корреляцию между концентрацией витамина С в плазме крови и риском смерти. Да, такая корреляция есть, но на этом основании некоторые склонны делать вывод (и здесь кроется причина опубликования данной статьи в медицинском журнале The Lancet ), что потребление большего количества витамина С снижает риск смерти. Возможно, это правда, но никаких аргументов в статье представлено не было, и сами авторы о том писали. Напротив, они доказали обратный тезис: люди, употреблявшие больше витамина С, не получали никаких преимуществ. С тем же успехом можно заявить, что количество времени, проведенного на ногах, обратно пропорционально риску смерти, так что, если мы будем чаще вставать, мы дольше проживем.

Не приходится удивляться, что специалисты в других областях медицины стали с большим подозрением относиться к тем, кто слишком часто кричал о приближении волков. Это очень хорошо чувствуется в одной из рецензий на мою книгу:

«Я сознаюсь в некотором предубеждении к изучению свободных радикалов. Эта сложная и запутанная область привлекает людей мессианского типа, которые считают, что свободные радикалы могут объяснить все болезни, не говоря уже о старении. (Так что если мы употребляем в пищу достаточно веществ, поглощающих свободные радикалы, мы будем жить вечно.) Конечно же, это не значит, что свободные радикалы неважны или неинтересны, но в этой сфере бывает сложно отделить науку от рекламы».

Кроме многочисленной рекламы, в этой сфере есть и обычные научные проблемы. Я вообще не уверен, что с помощью прямых экспериментальных методов можно доказать, что свободные радикалы вызывают болезнь. Трудность заключается в том, что большинство свободных радикалов существуют в очень малом количестве и очень недолго; образовавшись, они практически сразу превращаются во что-то еще. Единственный метод прямого слежения за свободными радикалами называется электронным парамагнитным резонансом (ЭПР). Он позволяет детектировать слабые магнитные сигналы, испускаемые спинами неспаренных электронов свободных радикалов (см. главу 6). К сожалению, эти кратковременные сигналы легко теряются на общем шумовом фоне, и метод недостаточно чувствителен, чтобы детектировать такие активные радикалы, как гидроксильный радикал, исчезающий за миллиардные доли секунды. Описанные трудности можно обойти, но при этом возникают проблемы интерпретации результатов.

Так что простейший способ разобраться в ситуации заключается в применении косвенных методов анализа, основанных на измерении количества накапливающихся или выводимых из организма конечных продуктов действия свободных радикалов, таких как окисленные молекулы ДНК, белков и липидов. Но здесь возникает проблема интерпретации данных: действительно ли окисленные соединения являются продуктами реакций с участием свободных радикалов? Например, 8-гидроксидезоксигуанозин (8-OHdG) представляет собой окисленный продукт распада ДНК. Мы уже говорили о том, что 8-OHdG образуется при атаке гидроксильных радикалов на ДНК, но какое-то количество этого вещества формируется как артефакт, а какое-то — под действием ферментов. Так что анализ окисления ДНК под действием гидроксильных радикалов позволяет получить только оценочные данные. Было бы неразумно не учитывать большой объем информации, подтверждающей, что свободные радикалы действительно вызывают болезни, но окончательные заявления на эту тему преждевременны. То же самое касается других методов измерения активности свободных радикалов, включая стандартные методы анализа продуктов окисления белков и липидов. Мы не можем окончательно подтвердить роль свободных радикалов на основании этих тестов, как не можем установить факт поджога на основании дымящихся остатков здания. Даже если мы допускаем, что окисленные белки, ДНК и липиды являются доказательствами активности свободных радикалов, мы по-прежнему не можем утверждать, что свободные радикалы вызывают болезни. Нам немногое известно о длительности процессов и их причинно-следственной связи. Признаки окисления часто сочетаются с признаками болезни, но это не повод утверждать, что одно является причиной другого. Самый простой способ показать, что свободные радикалы вызывают болезнь, заключается в том, чтобы блокировать их действие с помощью антиоксидантов. Однако, как мы видели, антиоксиданты редко излечивают от болезней и не могут остановить старение. Среди всех возможных объяснений (недостаточная сила действия, невозможность оказаться в нужное время в нужном месте) самым правдоподобным представляется то, что свободные радикалы — лишь часть проблемы. Даже в тех случаях, когда антиоксиданты помогают, сложно доказать, что они делают это именно в роли антиоксидантов. Например, множество функций витамина С не имеет отношения к его антиоксидантной активности: его действие вполне может быть связано с синтезом карнитина, пептидных гормонов или нейромедиаторов. Нам пока не хватает технических возможностей, чтобы продвинуться дальше [94] Некий прорыв уже наметился. Речь идет о создании «нокаутных» мышей с отключенными некоторыми генами, например геном COД, так что в их клетках не вырабатываются соответствующие белки. Это ценные эксперименты, указывающие на важную роль COД в организме новорожденных мышей. Однако они не означают, что данный фермент столь же важен и для взрослых особей. Дополнительным yказанием может служить увеличение продолжительности жизни дрозофил с повышенным уровнем синтеза СОД и каталазы, однако пока эти эксперименты проведены только на дрозофилах. .