Карл Саббаг - Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

• Название: Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки
• Автор: Карл Саббаг
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-91678-144-1

Есть детские вопросы, на которые не каждый взрослый ответит: почему ночью небо темное? почему мы не проваливаемся сквозь пол? кто изобрел колесо? почему зеркало меняет местами только лево и право, а не верх и низ? Карл Саббаг подробно разбирает эти и многие другие загадки (да-да, загадки, причем Большой Науки!), и не просто разбирает, а легко, доходчиво, с хорошим юмором рассказывает об окружающих нас чудесах физики, химии, биологии, психологии и даже космологии. Вот еще вопросы: как работает Гугл? можно ли увидеть нейтрино? что такое пятый вкус, о котором никто не знает, кроме японцев? обижаются ли на нас собаки? кто был автором первого в истории мультфильма? Интересно? При чтении этой книги будет еще интереснее! Потому что именно с такой целью она и писалась: напомнить нам, что мир вокруг таинствен и удивителен.

Карл Саббаг (р. 1942) — британец палестинского происхождения, писатель, журналист, телевизионный продюсер. Автор многих научно-популярных книг, документальных фильмов и научно-популярных телесериалов.

---

Когда стволовая клетка превращается в другой тип — это как если бы кто-то пришел в библиотеку и запер все двери, ведущие во все залы, кроме одного — например, с инструкциями по изготовлению клеток печени. С этого момента библиотека самовоспроизводится все так же, с запертыми дверями, и это продолжается в течение всей жизни организма. Хотя библиотека по-прежнему содержит инструкции, относящиеся ко всем типам клеток, потомки этой клетки будут иметь доступ лишь к весьма ограниченному количеству полок — тех, где хранится информация по изготовлению клеток печени.

Такой механизм может показаться неудобным и громоздким. Почему бы просто не избавиться от генов, отвечающих за все остальные функции, чтобы будущие клетки печени обладали только той информацией, которая необходима им для работы? Во-первых, потому, что клетки на разных стадиях своего существования выполняют разные задачи, поэтому они должны обладать способностью время от времени открывать некоторые запертые залы и консультироваться с хранящимися там пособиями — особенно на тех стадиях, когда организм претерпевает изменения: переход от младенчества к детству, от детства к юности, от юности к зрелости и так далее. Во-вторых, оказывается, даже специализированным клеткам в процессе жизнедеятельности может понадобиться доступ к другой информации.

А может быть, дело еще и в том, что проще разработать и запустить один стандартный механизм деления клеток, копирующий все от и до, но приложить к нему другие механизмы, которые позже помогут определить, какие гены надо активировать.

Ученые надеются использовать феномен стволовых клеток для лечения заболеваний двумя способами.

Первый путь такой. Можно взять здоровые зародышевые стволовые клетки с их способностью образовывать клетки любого типа и придумать, как имплантировать их людям, в чьих телах имеются дефектные клетки, вызывающие хронические заболевания, например болезнь Паркинсона. Эта болезнь связана с наличием в мозгу некоего типа дефектных нервных клеток. Если стволовая клетка сможет превратиться в здоровую копию клетки того же типа, то болезнь можно победить. Нужно только добиться, чтобы стволовые клетки открыли те «залы», где хранятся пособия, описывающие необходимый тип мозговых клеток, — в этом случае, когда их пересадят, они обеспечат поставку недостающего ингредиента, необходимого для исцеления пациента.

Есть также другой тип стволовых клеток, имеющийся у взрослых. В нем заперты некоторые, но не все «залы», поэтому клетка знает, как произвести на свет новые клетки взамен тех, что износились или уничтожены в результате травмы; среди доступных вариантов — клетки сердца, кровеносных сосудов, костей и хрящей. Поскольку этот тип клеток тоже содержит в памяти инструкции по изготовлению всех остальных типов клеток, ученые надеются со временем научиться перепрограммировать их, чтобы отпереть закрытые «залы» и воспроизводить и другие типы клеток.

В заключение хотелось бы отметить, что каждая клетка на самом деле снабжена инструкциями по изготовлению любой другой клетки, но, в отличие от стволовых клеток, пока не найдено ни единого способа отпереть эти инструкции. Как если бы замки на дверях залов проржавели насмерть или залиты суперклеем. Однако наверняка придет день, когда даже это препятствие будет преодолено, и тогда стволовые клетки выполнят свою задачу и положат начало целому ряду операций с клетками, в результате которых можно будет взять абсолютно любую клетку и превратить ее в любую другую.

Сопротивление бесполезно

Новые достижения в медицине — это не всегда размеренные шаги на пути к некоему конечному состоянию безупречного здоровья. Некоторые изобретения — например, талидомид[56] или лечение недоношенных младенцев кислородом — не только решают проблемы, но и создают новые. Одно из главных медицинских достижений XX столетия привело к едва ли не крупнейшему провалу в медицине XXI века, и все из-за «сообразительности» бактерий, которые идут на шаг впереди даже самых сообразительных ученых-медиков.

Открытие антибиотиков изменило существовавшие прежде методы борьбы с инфекциями. Два типа бактерий, повинных в значительной части всех человеческих инфекционных заболеваний: стафилококки и стрептококки, — были практически в одночасье взяты под контроль благодаря изобретению и началу производства пенициллина, а вскоре и других антибиотиков. В конце 1940-х и в течение 1950-х годов были изобретены сульфаниламиды, стрептомицин, левомицетин, тетрациклин — названия этих лекарств, созданных для уничтожения целого ряда болезнетворных организмов, более или менее знакомы любому современному человеку.

Но уже на первых порах ученые начали замечать, что некоторые штаммы бактерий, которые вроде были обречены на гибель новыми препаратами, не только выжили, но еще и процветают. Вскоре после того, как антибиотики вошли в медицинский обиход, стало казаться, что болезнетворные микроорганизмы способны выработать защиту против любого лекарства, которое было создано специально, чтобы их уничтожить.

Что бы вы сказали, если бы появление огнестрельного оружия всего за одно поколение привело к формированию у людей иммунитета к смерти от выстрела? Но ведь именно это и происходит с некоторыми бактериями. По мере разработки все новых лекарств, направленных против устойчивых штаммов, бактерии создают все новые способы защиты. Началось настоящее соревнование между бактериями и учеными, и к концу XX века бактерии стали одерживать верх.

На данный момент около 70 % бактерий, вызывающих инфекции среди пациентов больниц, устойчивы как минимум к одному из широко распространенных антибиотиков. Едва ли не самая неприятная и проблемная бактерия — это разновидность стафилококка, которая успешно противостоит нескольким разным антибиотикам. Она называется «метициллин-устойчивый золотистый стафилококк» и способна распространяться по помещениям больницы, заражая особо восприимчивых и уязвимых пациентов.

Но что означает слово «устойчивость» по отношению к бактериям и как она возникает?

Способы, найденные бактериями, чтобы успешно противостоять усилиям производителей лекарств, обязаны своим возникновением изобретательности эволюции. Поскольку бактерии размножаются очень быстро, то и эволюционный процесс у них протекает в ускоренной форме. В лабораторных условиях бактерия типа стафилококка может делиться и производить на свет очередное поколение каждые два часа, тогда как для появления нового поколения людей требуется около тридцати лет. Если миллионы этих бактерий столкнутся с новым лекарством и хотя бы у одной из них при делении клетки возникнет мутация, дающая устойчивость к этому препарату, то остальные бактерии погибнут, а потомки этой продолжат жить и процветать, и вскоре данный тип станет доминирующим, а то и единственным оставшимся штаммом. На этом этапе лекарство становится бесполезным.

Но опять же, что такое в данном случае «устойчивость»? Что происходит при мутации?

Есть как минимум три способа защиты, к которым могут прибегнуть только что мутировавшие бактерии. Давайте вернемся к аналогии с людьми, обладающими «иммунитетом к пулям».

Если бы у людей развилась устойчивость к огнестрельному оружию, сходная с устойчивостью бактерий к антибиотикам, это могло бы произойти как минимум тремя путями. Во-первых, у нас могли бы появиться некоторые биологические приспособления, блуждающие прямо под кожей, которые перехватывали бы пулю при соприкосновении ее с телом и дробили бы ее на множество безвредных кусочков. Во-вторых, похожий механизм мог бы быстро развернуть пулю и отослать ее в обратном направлении — она просто отскочила бы от тела. В-третьих, мы могли бы обзавестись кожей нового, пуленепробиваемого типа. Эти три способа аналогичны тому, как бактерии справляются с антибиотиками, прежде чем те успеют причинить им вред.

Итак, пока аналогия с человеком работает — ну хотя бы отчасти. Однако бактерии обладают одним качеством, которого у людей нет, и именно оно позволяет защитному механизму распространиться как можно быстрее и охватить как можно большее количество особей. Бактерии могут передавать свои способности собратьям в рамках одного и того же поколения, не дожидаясь, пока появится потомство, получившее эти способности от рождения. К примеру, бактерии могут передавать соседним бактериям индивидуальные гены при простом физическом контакте. А еще они могут оставлять кусочки ДНК в окружающем пространстве, чтобы другие бактерии их подобрали. И наконец, вирусы, связанные с определенными бактериями, могут переносить защитные гены, присущие одной бактерии, и «заражать» ими другие бактерии.

Снова обратимся к аналогии с людьми: это как если бы люди, не обладающие иммунитетом к пулям, смогли бы мгновенно приобрести его, поцеловав того, у кого такой иммунитет есть, или вдохнув его с воздухом, или «заразившись» молекулами ДНК, некогда принадлежавшими устойчивым к пулям людям, а теперь плавающими в окружающем пространстве.