Митохондриальные новости
Проблема старения так важна и актуальна в современном мире, что китайское открытие вызвало огромный интерес и побудило к скорейшей его проверке. И вот недавно, в октябре 2014 года, группа 28 экспертов из девяти стран мира под руководством д-ра Шварцлендера из Бонна сообщила о результатах такой проверки. Увы, оказалось, что вспышки молекул cpYFP происходят вне всякой связи с образованием свободных радикалов, их вызывают изменения кислотности внутри митохондрий, и потому связь работы митохондрий со старением нельзя считать доказанной (хотя, как отметил д-р Шварцлендер, несомненная связь числа вспышек со сроком жизни червячка сама по себе интересна и требует выяснения).
Такова недолгая история китайской сенсации. Нужно, однако, заметить, что этот отрицательный вердикт, вынесенный митохондриям по части старения, ничуть не уменьшил интерес ученых к изучению их роли в других жизненных процессах. Не прошло и месяца после статьи Шварцлендера, как в ноябре в журнале Nature Communications появилось сообщение группы исследователей британского Плимутского университета под руководством д-ра Кима Тью. Д-р Тью давно уже изучал возможные пути лечения болезни Паркинсона. Это старческое нейрологическое заболевание, как известно, проявляется в прогрессирующем расстройстве движений. Причина такого расстройства установлена давно: это прогрессирующая гибель тех нейронов в определенных участках мозга, которые вырабатывают нейромедиатор допамин, помогающий нервным клеткам сигнализировать друг другу. Лечение для болезни Паркинсона пока не найдено.
И вот теперь плимутские ученые сообщили, что блокировка определенного белка в организме мышей с искусственно вызванным паркинсонизмом эффективно тормозит как темпы гибели упомянутых нейронов, так и спад производства допамина. И что интересно - этим белком, отвечающим за паркинсонизм, оказался один из ферментов, который участвует в функционировании тех самых митохондрий, о которых говорилось выше. Ведь митохондрии имеются и внутри нейронов, поскольку нейроны тоже нуждаются в энергии для выполнения своей работы, и уже давно было подмечено, что нарушения их нормального функционирования часто идут в паре с разными нейродегенеративными заболеваниями – болезнями Паркинсона, Альцгеймера, Хантингтона и других. И вот теперь в работе д-ра Тью появилось первое четкое указание, какое именно нарушение работы митохондрий связано с нейродегенеративными болезнями и какой конкретно белок с этим нарушением связан. Как справедливо говорит д-р Тью, «это открытие намечает волнующую возможность эффективного замедления или полной приостановки болезни Паркинсона, поскольку указывает на потенциально важную для этого лекарственную мишень» (имеется в виду этот белок).
Так в чем же состоит нарушение? Как установили английские ученые, оба явления - гибель допамин-образующих нейронов и спад производства допамина - коррелируют с нарушениями процесса деления митохондрий в мозгу у мышей. Дело в том, что митохондрии, в отличие от всех других органелл в клетке, ведут некую собственную жизнь: они часто меняют форму, размеры и местоположение, и число их тоже меняется за счет деления той или иной митохондрии на две поменьше или слияния двух малых в одну большую. Этими процессами управляют в митохондриях специальные белки деления и белки слияния, и вот оказалось, что когда исследователи с помощью генной терапии заблокировали у мышей, страдавших дисфункцией слияния, белок деления Drp1, гибель допамин-образующих нейронов, характерная для болезни Паркинсона, эффективно замедлилась.
О потенциальном значении этого открытия уже сказано самим его автором. Но в связи со всем сказанным у любознательных читателей наверняка возник вопрос, почему митохондрии, в отличие от всех прочих органелл, способны на некое подобие самостоятельной жизни. Чтобы еще больше подогреть любопытство, сообщу, что у митохондрий (тоже единственных в клетке) есть также собственные гены! Их, правда, немного, но они очень важны: их порча вызывает тяжелые болезни (собственно, плимутское исследование этому пример). Есть у митохондрий и свои рибосомы – органеллы, на которых по инструкциям митохондриальных генов производятся сотни своих, митохондриальных белков. В общем, это самая сложная клеточная органелла, очень напоминающая отдельный живой организм, и это не случайно – ученые считают сегодня, что это бывшая бактерия, некогда вступившая в симбиоз со сложными клетками (эукариотами, то есть клетками, имеющими внутреннее ядро).
Каждая митохондрия в клетке (а их там много – например, в клетках печени до 2000) имеет одно и то же строение. Под внешней оболочкой проходит многократно изогнутая (для увеличения площади) внутренняя мембрана, на которой как раз и располагаются рибосомы, а также места формирования «энергетических батареек» (АТФ), а внутри проходит митохондриальная ДНК. В местах формирования АТФ сидят молекулы замечательного белка АТФ-синтазы, и если о рибосомах мы сказали вскользь, то об этом белке нужно рассказать отдельно. Молекула этого белка состоит из двух частей. Верхняя, обращенная к наружной мембране, играет роль ротора. Когда в нее снаружи (из клетки) входит ион водорода, электростатические силы притягивают к себе этот ион, и в результате ротор поворачивается. (Тут требуется небольшое предисловие. Когда мы едим, то углеводы пищи окисляются - сжигаются - с выделением энергии, которая идет на создание разной концентрации ионов водорода снаружи митохондрии и внутри нее; и вот эта разность концентраций, подобно разности потенциалов, толкает ионы водорода через наружную мембрану внутрь митохондрии.) При повороте ротора ион водорода выходит из него по боковой трубке, но главное уже сделано: ротор повернулся, и его длинный конец, уходящий в нижнюю часть молекулы АТФ-синтазы, повернул там составные части в положение высокой энергии – в сущности, передал им энергию вошедшего иона (которая родилась в конечном счете из сжигания пищи). В этом состоянии нижняя часть АТФ-синтазы долго находиться не может, но, к счастью, к ней все время приходят две химические группки - ион фосфора (из той же пищи) и АДФ (химический предшественник АТФ). Нижняя часть АТФ-синтазы радостно передает им свою избыточную энергию, тем самым заставляя их сблизиться и соединиться, образуя одну молекулу АТФ, а сама возвращается в исходное состояние, но, увы, ненадолго, потому что через мембрану митохондрии уже спешит очередной ион водорода, и все начинается сначала.
Если бы не эта непрерывная работа митохондрий, клетка не имела бы «батареек» АТФ, рассеянных во всем ее объеме, и вряд ли могла бы эффективно существовать. Вот почему ученые считают, что появление (примерно 2 млрд лет назад) внутри какого-то древнего эукариота той бактерии, которая вступила с ним в симбиоз и стала его первой митохондрией, было огромным эволюционным благодеянием, потому что сразу наградило этого усовершенствованного эукариота огромным преимуществом в выживании и размножении. Впрочем, не так давно и эта оценка была поставлена под сомнение. Группа Мартина Ву из университета штата Вирджиния, проведя изучение 18 видов бактерий, гены которых близки к генам митохондрий, пришла к выводу, что первый митохондрион был не благодетелем, а скорее энергетическим паразитом. В статье, опубликованной в октябре 2014 года в журнале PLOS One, Ву утверждает, что ему удалось реконструировать геном бактерий, которые могли быть предшественниками первого митохондриона, и этот геном говорит, что они были паразитами, которые в действительности долгое время жили за счет кражи АТФ у своего хозяина-эукариота и лишь много позже приспособились делать обратное, став настоящими митохондриями.
Возможно, и так. Митохондрии скрывают еще много тайн и загадок, и каждая новость с этого участка биологической науки заставляет сердца ученых биться учащенно.
***************************************************************************
ХРОНИКА
Вселенная пустеет! Так утверждает группа британских и итальянских космологов, изучавшая образование новых галактик и их скоплений в космосе. Опорой для таких структур являются гигантские скопления темного вещества. Измерения скорости роста космических структур, говорят ученые, показало, что она замедляется, то есть темного вещества во Вселенной становится все меньше. Авторы считают, что его пожирает растущее поле темной энергии и что это в конце концов приведет к тому, что все космические структуры исчезнут и Вселенная опустеет. На наш век, впрочем, хватит…
Как обмануть бактерию? Швейцарские ученые создали искусственные наночастицы из жировых молекул, напоминающих те, что образуют оболочку любой клетки. Эти липосомы, будучи введены в организм, выглядят как настоящие клетки, и бактерии атакуют их своими токсинами. Утратив токсины, бактерии не могут защититься от иммунных клеток организма. Поскольку липосомы не атакуют бактерии, новый метод, в отличие от антибиотиков, не должен вызывать бактериальной устойчивости. В ходе проверки метода липосомы спасли мышей от сепсиса без применения антибиотиков.
Утешительный прогноз? Для тех, кто с ужасом наблюдает неудержимый рост населения планеты, 550 ведущих экспертов в области демографии опубликовали новые прогнозы этого роста по 194 ведущим странам и по Земле в целом. Новые прогнозы сильно зависят от скорости распространения образования, но в общем эксперты сходятся на том, что население Земли достигнет 9,4 млрд к 2070 году и уменьшится до 9 млрд к 2100 году. Предыдущие прогнозы, опубликованные ООН в сентябре 2014 года, говорили об 11 млрд к 2100 году и не показывали демографического спада в текущем столетии.
Сделай сам(а) себе искусственное оплодотворение! Примерно к этому сводится новый метод, разработанный американской фирмой INVOcell. Простой УЗ-тест и анализ гормонов указывают, когда начать стимулирование выделения яйцеклеток, которые после смешения со спермой не выдерживаются 5 дней в сложных и дорогостоящих инкубаторах, как обычно, а вводятся на то же время в матку женщины в стерильной полистироловой трубке. Устранение инкубаторов вдвое удешевляет искусственное оплодотворение, не снижая его эффективности.
Рафаил Нудельман
"Окна", 27.11.2014