Льюис Уолперт - Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем

• Название: Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем
• Автор: Льюис Уолперт
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-145-8

Что мы знаем о жизни клеток, из которых состоим? Скорее мало, чем много. Льюис Уолперт восполнил этот пробел, рассказав о клетках доступным языком, — и получилась не просто книга, а руководство для понимания жизни человеческого тела. Как клетки зарождаются, размножаются, растут и приходят в упадок? Как они обороняются от бактерий и вирусов и как умирают? Как злокачественные клетки образуют опухоли? Какую роль во всем этом играют белки и как структуру белков кодируют ДНК? Как воспроизводятся стволовые клетки? Как, наконец, из одной-единственной клетки развивается человек? И главный вопрос, на который пока нет однозначного ответа, но зато есть гипотезы: как появилась первая клетка — и значит, как возникла жизнь? Мир клеток, о котором рассказывается в этой книге, невероятен.

Льюис Уолперт (р. 1929) — известный британский биолог, популяризатор науки, телеведущий, почетный профессор Лондонского университета.

Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЗ, ст. 1, п. 2, пп. 3. Возрастных ограничений нет

---

Проведенные на животных опыты свидетельствуют, что уменьшение объема принимаемой пищи способно значительно продлить жизнь многих видов животных. Крысы, получающие вдвое меньше еды, чем их собратья, живут на 40 процентов дольше. Крыса, которая вдоволь получает пищи, живет не более одной тысячи дней, в то время как крысы, находящиеся на строгой диете, дотягивают до полутора тысяч дней. У крыс-самок диета позволяет продлить способность к воспроизводству потомства до 30-месячного возраста (в обычных условиях она утрачивается в возрасте 18 месяцев). При этом в диету необходимо включать витамины и минералы, однако чего больше входит в пищу — углеводов, белков или жиров, — не имеет значения.

Уменьшение количества потребляемой пищи приводило к снижению заболеваемости контрольных групп животных характерными для старости недугами — такими, как рак, гипертония и атеросклероз мозга. Если же диету отменить и вновь перейти на высокий уровень потребления пищи, то, как показали исследования, процессы старения ускоряются.

Существуют данные, указывающие на то, что и люди способны отсрочить наступление старости за счет уменьшения количества съеденного. На японском острове Окинава процент долгожителей, чей возраст перевалил за сто лет, гораздо больше, чем на остальной территории Японии. Смертность от инсульта, сердечно-сосудистых заболеваний и рака здесь ниже на треть, чем в среднем по стране. Ответ на эту «аномалию», возможно, кроется в том, что в силу культурно-исторических традиций жители Окинавы едят на 20 процентов меньше прочих японцев, а окинавские школьники потребляют лишь две трети обычного пищевого рациона японских школьников.

Очевидно, что продолжительность жизни связана с инсулином, — это доказывается опытами на червях и плодовых мушках. Так, черви-нематоды, число генов у которых примерно в два раза меньше, чем у человека, и которые обычно живут около 25 дней, резко ограниченные в еде, вместо того чтобы развиться во взрослых особей, превращаются в особую форму личинки. Эти личинки не могут ни производить, ни выкармливать потомство. Однако при улучшении условий своего содержания они развиваются во взрослых червей и обретают способность к воспроизводству себе подобных. При этом они живут 60 дней, то есть в два раза больше, чем нематоды в нормальных условиях. Это достигается, как выяснилось, за счет изменения способа выработки инсулина, поскольку блокируется ген, который кодирует выработку инсулиновых белков. Механизм этого процесса понять до конца пока не удалось, но уже ясно, что он действует не только в отношении инсулина, но и многих других белков.

Снижение интенсивности бомбардировки клеток химическими соединениями, подобными человеческому инсулину, увеличивает и продолжительность жизни дрозофил. Кроме того, недавние эксперименты показали, что снижение уровня сигналов инсулиновых рецепторов в организме мышей или даже только лишь в одном мозгу увеличивает продолжительность их жизни на 18 процентов. Таким образом, эффект от снижения уровня питания действует на организм через снижение уровня выделения инсулина. Голодание действительно уменьшает выработку инсулина; впрочем, людям, которые надеются с помощью голодания продлить свою жизнь, следует проявлять осмотрительность — снижение выработки инсулина в организме может привести к диабету.

Известны примитивные организмы — например, гидра, простейшее животное, представляющее собой трубочку с щупальцами, — которые демонстрируют очень слабые признаки старения. Отдельные животные, бывшие объектами наблюдения на протяжении четырехлетнего периода, не продемонстрировали вообще никаких возрастных изменений — ни в отношении способности к выживанию, ни по части производства себе подобных. Причина этого не совсем ясна, но она может быть связана со способностью гидры размножаться путем образования почек, которые далее развиваются во взрослых особей, то есть давать потомство без сексуального контакта; сказывается также ее способность к полной регенерации из почти любой сохранившейся части тела. Ведь большая часть клеток гидры способна обеспечить регенерацию и замену утраченных частей тела, потерянных любым образом, в том числе в результате отпочкования от гидры зародышей.

Гидре крупно повезло — в отличие от людей, которым наступление старости грозит и физической немощью, и утратой значительной части умственных способностей. Наиболее страшной в этом смысле является болезнь Альцгеймера, названная так, поскольку доклад о ней впервые представил миру в ноябре 1906 года немецкий ученый Алоиз Альцгеймер. Он исследовал мозг женщины, которая страдала от прогрессирующей потери памяти и ориентации, и обнаружил признаки атрофии и необычные образования. Значительно позже, уже благодаря исследованиям с помощью электронного микроскопа, было установлено, что эти образования представляют собой спутанные нейрофибриллярные клубки, состоящие из нервных волокон и бляшек, представляющих собой ткани головного мозга, которые подверглись атеросклеротическим повреждениям и перерождению. Перерождение тканей головного мозга в бляшки, как выяснилось, вызывает микроскопический белок амилоид-бета. Другой белок, протеин-тау, приводит к спутыванию нервных волокон.

Болезнь Альцгеймера — следствие повреждений и гибели нервов в мозге человека. Почему это происходит, не вполне ясно. Однако установлено, что дегенерация нервных клеток, которая может начаться за двадцать и даже тридцать лет до появления первых очевидных симптомов болезни, связана с определенной генетической предрасположенностью. Увы, но почти половина людей, возраст которых перевалил за восемьдесят лет, демонстрируют те или иные признаки болезни Альцгеймера либо иных форм старческого слабоумия.

Если меняются условия, в которых существуют клетки, они часто реагируют на это усиленным ростом, что, хотя и не ведет к образованию раковых опухолей, создает серьезные проблемы для жизнедеятельности человека. Яркий пример — опухоль простаты, которая часто поражает мужчин старших возрастных групп: растущая простата начинает давить на мочевой пузырь и вызывает учащенное мочеиспускание. Сама опухоль представляет собой разросшиеся клетки эпителия и соединительной ткани.

Как ни странно, до сих пор нет ответа на вопрос, умирают ли люди от старости. Ведь смерть человека всегда, в любом возрасте, связана с ненормальным поведением его клеток.

Иногда задается вопрос: «Когда человек делает первый шаг навстречу смерти?» Вероятно, это происходит уже в момент рождения, а может быть, и зачатия. Две тысячи лет тому назад Марк Аврелий написал: «Смотри, как быстротечна и преходяща участь человека: вчера он — еще зародыш, а завтра — уже мумия или горстка пепла».

10. Как мы выживаем

Как клетки обороняются от бактерий и вирусов

Когда мы заболеваем, то это, в сущности, означает, что в ненормальном и болезненном состоянии оказались наши клетки. Человеческий организм выработал специальные механизмы, позволяющие обороняться от вторжения бактерий и вирусов, которые ищут подходящее место, где они могли бы размножаться, и от физического ущерба, который наносят нашим клеткам, например, порезы и ожоги. Особые клетки немедленно устремляются в пораженную область, чтобы ликвидировать повреждение. Ключевую роль в этих процессах играют клетки иммунной системы, распознающие в организме инородные тела.

Главные биологические враги наших клеток — бактерии и вирусы. Инфекционные заболевания являются виновниками каждой третьей смерти. Один лишь только вирус СПИДа унес жизни 20 миллионов людей. Болезнетворные бактерии и вирусы, если им удается проникнуть в клетку, используют для своих целей ее ресурсы — во внутриклеточном пространстве они находят все необходимые для жизни и воспроизводства питательные вещества. Многие болезнетворные микроорганизмы сумели создать защитные механизмы, которые включаются, когда клетка пытается их уничтожить. Они также способны перемещаться из клетки в клетку в поисках более комфортной для себя среды.

Бактерии являются простейшей формой жизни, поскольку они не содержат в себе внутренних структур, таких, как, например, ядро, чтобы хранить там свои ДНК, и не имеют митохондрий для производства энергии. Типичная бактерия имеет сферическую или палочкообразную форму и часто обладает относительно прочной оболочкой. Бактерии делятся каждые 20 минут, в результате чего уже через 11 часов одна бактерия способна породить 5 миллиардов новых. Количество бактерий в наших телах огромно — на каждую человеческую клетку приходится по десять бактерий. Каждый раз, открывая рот, мы выбрасываем в воздух тысячи бактерий.

Основная причина, по которой мы миримся с подобным поведением бактерий и позволяем им вести себя внутри нас как дома, заключается в том, что их присутствие предотвращает вторжение в организм других по-настоящему опасных микроорганизмов, — ведь привычные бактерии уже оккупировали все уютные ниши, возникающие между нашими клетками. К тому же многие бактерии приносят нам не только вред, но и очевидную пользу — так, без бактерий невозможно нормальное пищеварение. Различать нужные человеку бактерии от нежелательных пришельцев позволяет иммунная система.