Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Как бы нам стать похожими на птиц? Человек всегда завидовал птицам, поскольку они умеют летать, но теперь, кажется, мы будем завидовать им еще и из-за митохондрий. Митохондрии птиц практически не выделяют свободных радикалов. Почему? Точно не известно, но есть несколько гипотез. Но сначала давайте попытаемся узнать, бывают ли у людей митохондрии «птичьего типа», и если да, живут ли такие люди дольше остальных? Давайте вновь проанализируем ситуацию на примере очень пожилых людей.

Ответ на этот вопрос был дан в короткой статье, опубликованной в 1998 г. в журнале The Lancet Масаши Танакой и его коллегами из Международного института биотехнологии в Гифу, Япония. Всего в двух столбцах авторы изложили удивительные результаты анализа митохондриальной ДНК людей в возрасте 100 лет, здоровых добровольцев и госпитализированных больных. Эти результаты вдохнули новую жизнь в исследования «генов долгожительства». Ученые обнаружили, что носители одного конкретного варианта митохондриального гена с большей вероятностью доживают до глубокой старости: 62% столетних людей имели этот вариант гена, называемого Mt5178А , по сравнению с 45% среди здоровых добровольцев разных возрастов. Напротив, в группе стационарных и амбулаторных пациентов Университетского госпиталя Нагои лишь треть людей старше 45 лет имели этот вариант гена, а две трети — обычную версию. Другими словами, в госпиталь попадало больше пожилых людей с «нормальной» версией гена, возможно, по той причине, что они в большей степени подвержены возрастным заболеваниям. Для молодых пациентов такой корреляции обнаружено не было, среди них люди с двумя версиями гена встречались примерно в одинаковом соотношении. Следовательно, «нормальная» версия гена не влияет на здоровье в молодости, поэтому спектр молодых пациентов госпиталя отражал генетическое разнообразие общей популяции. Все эти результаты указывают на то, что люди с вариантом Mt5178A с большей вероятностью доживают до 100 лет и с меньшей вероятностью страдают от возрастных заболеваний, чем люди с «нормальным» вариантом гена.

Я хочу обратить ваше внимание на два ocновныx момента. Во-первых, примерно 50% здоровых доноров крови в Японии являются носителями митохондриального гена Mt5178A . В других странах мира этот вариант гена встречается значительно реже. Например, в одном исследовании в 147 образцах крови этот вариант был обнаружен лишь у пяти азиатов и одного европейца. Таким образом, большинство японских долгожителей с этим вариантом митохондриального гена — избранные представители народа, у которого данный вариант уже является достаточно распространенным. Высокая частота встречаемости такого варианта гена может объяснить хорошие показатели средней продолжительности жизни японцев — 84 года для женщин и 77 лет для мужчин. Представители менее удачливой части населения Японии, не имеющие этого варианта гена, примерно в два раза чаще попадают в больницы с возрастными заболеваниями. Вряд ли можно найти более очевидную связь между состоянием митохондрий и здоровьем в преклонном возрасте.

Во-вторых, я хочу обратить ваше внимание на различие между этими двумя вариантами гена. Оно заключается в одном-единственном нуклеотиде: С меняется на А. На какой тоненькой ниточке висит судьба каждого человека! У каждого из нас примерно 35 тыс. генов, из которых только 13 содержатся не в ядре, а в митохондриях. И представьте себе, что замена единственного основания в одном из этих 13 генов в два раза изменяет вероятность развития старческих заболеваний и почти вдвое повышает вероятность дожить до 100 лет. Что же изменяет одна эта буква? Она отвечает за замену одной аминокислоты в белке, кодируемом данным геном: вместо лейцина в этом месте встраивается метионин. Мы точно не знаем, какое это имеет значение, но я думаю, что все дело в функции этого белка. Он служит компонентом дыхательной цепи — длинной цепи белков, ответственных за передачу электронов на молекулу кислорода для получения энергии. Точнее, он является частью первого функционального комплекса этой цепи, называемого комплексом I , или NADH-дегидрогеназным комплексом. Комплекс I — слабое звено всей цепи и самый главный источник утечки свободных радикалов. Я не удивлюсь, если окажется, что эта замена в значительной степени влияет на утечку свободных радикалов из митохондрий. Более того, именно такие эволюционные изменения мы должны обнаружить в митохондриях птиц. Отбор подобных изменений у птиц должен быть гораздо более строгим, чем у людей, поскольку для полета требуется чрезвычайно эффективный механизм производства энергии в расчете на единицу массы тела (летательные мышцы должны быть легкими и мощными — очень эффективными).

Вариант Mt5178A — не единственный вариант митохондриального гена, влияющий на продолжительность жизни и вероятность развития старческих заболеваний. Известны и другие подобные гены, хотя их влияние проявляется слабее. Об их роли мы можем судить лишь на основании того, что долгожительство передается по материнской линии. Каждое следующее поколение получает митохондрии только из яйцеклетки, то есть все 13 митохондриальных генов достаются нам от матери. Если эти гены действительно влияют на продолжительность жизни и мы наследуем их по материнской линии, следовательно, наша продолжительность жизни связана с продолжительностью жизни матери, а не отца. Кажется, это действительно так, хотя продолжительность жизни зависит от множества других факторов. Недаром американский врач, поэт и юморист XX в. Оливер Уэнделл Холмс (старший) в одном из знаменитых эссе в форме «застольной беседы» писал, что, чтобы жить долго, нужно не только разумно подойти к выбору родителей, но и проследить, чтобы «в роду у матери многие доживали до восьмидесяти или девяноста лет».

Все это замечательно, но что делать с полученной информацией? Некоторые исследователи рассуждают о трансплантации митохондрий зародыша в клетки взрослого человека (на техническом языке она называется «генная терапия путем переноса митохондриальной ДHK»), однако эта идея «лечения от старости» лично мне кажется абсурдной. В каждой клетке тела содержится около 100 митохондрий, так что в каждом из нас насчитывается примерно 1,5 миллиона миллиардов митохондрий. Вряд ли мы сумеем что-то кардинально изменить, просто добавив несколько новых митохондрий. Кроме того, можно ввести митохондрии в яйцеклетку. Такую процедуру (так называемый цитоплазматический перенос) используют при бесплодии: содержимое яйцеклетки женщины, способной иметь ребенка, вместе с донорской спермой вводят в яйцеклетку бесплодной женщины. С помощью этой технологии на свет появилось уже множество детей (самый первый родился в июне 1997 г.). Но даже с учетом моей личной благодарности медикам за развитие методов искусственного оплодотворения я не считаю хорошим решением применение «репрогенетических методов» для формирования будущего ребенка, не говоря уже о формировании старости.