Наследие микробов: митохондриальные заболевания

Митохондрии есть в каждой клетке нашего тела, и везде они выполняют ряд важнейших функций. Самая известная из этих их функций состоит в том, чтобы из кислорода и сахаров получать энергию в том виде, в котором ее используют наши клетки. Другие функции митохондрий включают разложение токсинов у нас в печени и регулировку различных процессов, проходящих в наших клетках. Мы осознаем присутствие митохондрий лишь тогда, когда что-то в их работе разлаживается. К сожалению, заболевания, вызываемые неполадками в работе митохондрий, составляют длинный и сложный список. Когда нарушаются химические реакции, за счет которых наши клетки усваивают кислород, нарушается и обеспечиваемое этими реакциями производство энергии. Такого рода нарушения могут затрагивать лишь отдельные ткани, например глаза, а могут и все структуры организма. В зависимости от местоположения и серьезности нарушения оно может иметь разные последствия — от общей слабости до летального исхода.

Многие из процессов, которые обеспечивают нашу жизнедеятельность, отражают историю происхождения наших митохондрий. Цепь химических реакций, в ходе которых из Сахаров и кислорода получаются вода и углекислый газ и выделяется энергия в пригодном для использования виде, развилась миллиарды лет назад, и разные ее варианты по-прежнему можно наблюдать у разных микробов. Митохондрии несут в себе наследие этого бактериального прошлого. Генетический аппарат и клеточная микроструктура митохондрий напоминают бактериальные. Согласно теории, которая в последнее время получила всеобщее признание, митохондрии развились из свободноживущих микробов — бактерий, живших более миллиарда лет назад. При этом вся система генерации энергии, имеющаяся у наших митохондрий, возникла еще у их далеких предков — древних бактерий.

Изучение нашего бактериального наследия помогает разобраться в митохондриальных заболеваниях человека. Более того, наилучшими экспериментальными моделями для изучения многих таких заболеваний служат именно бактерии. Использование в качестве модельных объектов свободноживущих бактерий дает возможность проводить множество экспериментов, которые были бы неосуществимы на материале человеческих клеток. Одно из самых продуктивных исследований такого рода было проведено недавно группой ученых из Италии и Германии. Заболевание, которое они изучали, неизменно приводит к смерти рождающихся с этим недугом младенцев. Это заболевание называют кардиоэнцефаломиопатией. Оно возникает в результате генетической мутации в митохондриях, которая нарушает нормальный обмен веществ в этих структурах. Изучая ДНК одного из пациентов, страдающих этим заболеванием, исследователи выявили мутантный участок, в котором они подозревали причину заболевания. Вооруженные знаниями об истории живых организмов, они затем обратились к микробу Paracoccus denitrificans, который нередко называют свободноживущей митохондрией — за сходство его генов и обмена веществ с митохондриальными. Проведенные затем эксперименты наглядно показали, насколько велико это сходство. Исследователи искусственно произвели в гене этой бактерии ту же мутацию, которую они выявили в соответствующем гене человеческой митохондрии. Полученный результат был вполне предсказуем, если знать, откуда произошли наши митохондрии. Митохондриальное заболевание человека удалось воспроизвести у мутантных бактерий, которые оказались подвержены тем же изменениям обмена веществ, что свойственны митохондриям пациентов. Изучению этой болезни помогли знания о событиях нашей истории, которые произошли более миллиарда лет назад!

Это далеко не единственный пример успешных исследований такого рода. Исходя из того, за какие открытия в последние тринадцать лет присуждали Нобелевские премии по физиологии и медицине, я мог бы озаглавить эту книгу "Внутренняя муха", "Внутренний червь", или даже "Внутренние дрожжи". Премию 1995 года присудили за новаторские исследования плодовых мух, в ходе которых был выявлен набор генов, определяющих план строения тела у людей и других животных. Нобелевки по физиологии и медицине 2002 и 2006 годов достались людям, которые сделали возможными ряд важнейших достижений генетики и медицины, изучая непримечательного на первый взгляд почвенного червя Caenorhabditis elegans (ценорабдитис изящная). Премией 2001 года были, в свою очередь, отмечены не менее изящные опыты на дрожжах (в том числе обычных пекарских) и морских ежах, позволившие открыть ряд фундаментальных свойств живых клеток. И все это — не какие-то абстрактные эксперименты на странных существах. Подобные исследования дрожжей, мух, червей — и, конечно, рыб — многое говорят нам о том, как работают наши собственные тела, какие причины вызывают у нас болезни и какие новые методы мы можем использовать для продления нашей жизни и улучшения нашего здоровья.

Послесловие

У меня растут двое детей, и в последние годы я немало времени провожу с ними в музеях, зоопарках и океанариумах. Для меня это необычный опыт — приходить туда в качестве посетителя, потому что я уже не один десяток лет работал с музейными коллекциями, а иногда и принимал участие в подготовке выставок. Посещая эти места, вместе с семьей, я осознал, что, вероятно в силу профессии, я склонен испытывать немой восторг по поводу того, как прекрасно и как изумительно сложно устроены наш мир и наши тела. Я преподаю и изучаю предметы, связанные с миллионами лет истории и причудливыми древними мирами, но мой интерес к этим предметам обычно остается отвлеченным, аналитическим. Теперь же я как будто вновь прохожу эти науки вместе со своими детьми — как раз там, где во мне самом когда-то зародилось увлечение ими.

Один особенно запомнившийся случай произошел со мной недавно, когда я вместе с сыном ходил по Музею науки и техники в Чикаго. В последние три года мы не раз приходили сюда, потому что мы любители поездов, а в самом центре этого музея есть огромная действующая модель железной дороги. Я провел немало часов возле этого экспоната, следя за движением маленьких локомотивов, совершающих свой путь из Чикаго в Сиэтл. После нескольких посещений этого храма поездопоклонников мы с Натаниэлом зашли в уголок музея, который пропустили в прошлые визиты, целиком посвященные наблюдению за поездами и спорадическим набегам на тракторы и самолеты в натуральную величину. В глубине музея, в Космическом центре Генри Крауна, с потолка свисали модели планет, а в витринах были выставлены скафандры и другие реликвии освоения космоса шестидесятых и семидесятых годов XX века. Я почему-то думал, что в глубине музея мы не увидим ничего интересного, стоящего основной экспозиции, размещенной в центральных залах. Один из представленных там экспонатов представлял собой изрядно деформированную капсулу космического аппарата. Ее можно было обойти кругом и даже залезть вовнутрь. На первый взгляд в ней не было ничего примечательного: она выглядела слишком маленькой и убогой, чтобы оказаться чем-то важным. Табличка при этом экспонате была составлена на удивление формально, и мне пришлось прочитать ее несколько раз, прежде чем до меня дошло, что перед нами не что иное, как подлинный командный модуль корабля "Аполлон-8", который впервые в истории доставил людей — это были Джеймс Ловелл, Фрэнк Борман и Уильям Лидере — на орбиту Луны. За полетом этого корабля я увлеченно следил во время своих рождественских каникул в третьем классе. Теперь, тридцать восемь лет спустя, уже вместе с собственным сыном, я своими глазами увидел этот самый аппарат! Разумеется, я был потрясен. На его поверхности я мог различить рубцы, полученные в ходе далекого путешествия и последующего возвращения на Землю. Но Натаниэла этот экспонат совершенно не заинтересовал. Я приволок его к "Аполлону-8" и хотел объяснить, что это такое. Но оказалось, что я не в силах говорить. Чувства так переполняли меня, что я едва мог вымолвить слово. Через несколько минут мне удалось прийти в себя, и я рассказал сыну историю первого путешествия человека к Луне.

Но только когда-нибудь потом, когда он подрастет, я смогу по-настоящему рассказать, что же все-таки лишило меня тогда дара речи. Я объясню ему, что "Аполлон-8" для меня — символ силы науки, символ власти, позволяющей науке объяснять Вселенную, делать ее познаваемой. Можно долго спорить о том, в какой степени освоение космоса было наукой, а в какой — политикой, но главная истина остается сегодня столь же ясной, какой она была в 1968 году: "Аполлон-8" — порождение того оптимизма, который лежит в основе всех лучших достижений науки и двигает ее вперед, пример того, как неведомое, вместо того чтобы порождать суеверный страх и недоверие, вдохновляет людей на то, чтобы задавать новые вопросы и искать ответы на них.

Подобно тому как достижения космонавтики позволили по-иному взглянуть на Луну, достижения палеонтологии и генетики позволили нам в новом свете увидеть самих себя. По мере того как нам открываются новые тайны, многое из того, что раньше представлялось далеким и недостижимым, оказывается доступным нашему разуму и пониманию. Мы с вами живем в век больших открытий, в век, когда наука открывает основы работы живых организмов — таких разных, как медузы, черви и мыши. Перед нами уже забрезжил свет решения одной из величайших научных загадок — в чем состоят генетические отличия, определяющие разницу между нами и другими живыми существами. Наряду с мощными прорывами в этих областях стоит упомянуть важнейшие достижения палеонтологии последних двадцати лет — открытие новых ископаемых и новых методов их исследования, благодаря которым истины нашей истории открываются нам все более отчетливо. Изучая изменения, происходившие на Земле за миллиарды лет, мы убеждаемся в том, что все в истории жизни, казавшееся нам новым или уникальным, в действительности старое, только переработанное, перестроенное, переделанное для выполнения новых функций. Такова история каждой части нашего тела — от органов чувств до всей головы и даже до общего плана строения человеческого организма.

Что значат эти миллиарды лет истории для нашей сегодняшней жизни? Ответы на многие стоящие перед нами важнейшие вопросы — об основах работы наших органов и о нашем месте в природе — откроются нам лишь тогда, когда мы разберемся в происхождении своего тела и сознания из структур, которые мы разделяем с другими живыми существами. Мало какое занятие могло бы поспорить по красоте и интеллектуальной глубине с научным поиском основ того, что делает нас людьми, и с поиском средств от поражающих человека недугов в представителях самых скромных существ, когда-либо живших на нашей планете.

Примечания, первоисточники и рекомендуемая литература

Для тех, кто хотел бы больше узнать о предметах, о которых идет речь в этой книге, я приведу ссылки как на первоисточники, так и на обобщающие и популярные работы.

Поиск по сайту: