Част 1: Може ли човек да оспори гените си
На теория живите организми могат да живеят много дълго време, почти завинаги. Откъде дойде такова лошо имущество като смъртта при живите същества?
Всички ще умрем един ден. За съжаление (а може би за щастие има различни гледни точки) животът е подреден по такъв начин, че да получим това чудо завършено с много неприятна задължителна добавка - смърт.
Някои биолози смятат, че това не винаги е било така. Изглежда, че известният Август Вайсман беше първият, който се усъмни в „неизбежността“на смъртта. Това е прародител на генетиците-вайсманисти-морганисти, така мразени от Трофим Лисенко. В лекцията си, която Вайсман изнася във Фрайбург през 1881 г., той казва: „Виждам смъртта не като първостепенна необходимост, а като нещо, което се придобива втори път в процеса на адаптация“. Така че смъртта е измислена от природата нарочно, за да осигури промяната на поколенията, без която животът не може да се развива и без която е невъзможна еволюцията.
Ролята на ДНК в наследствеността все още не беше известна. Не беше ясно как е подредена генетиката като цяло и Вайсман смяташе, че всичко това ще бъде разкрито: „Няма съмнение, че по-висшите организми във версията на техния дизайн, която стигна до нас днес, съдържат семената на смъртта“. За какви семена говорим? Разбира се, за гените. Тоест, ако се преведе на по-съвременен език, известен биолог заяви, че смъртните гени са вградени във всички живи организми (тоест вие и аз). Така се оказва, че един ден те могат да се включат и ние ще умрем веднага. Нека извършим, така да се каже, молекулярно биологично самоубийство.
Докъде сме се договорили? Дотолкова, че живите организми са програмирани по някакъв начин да се самоубият? Може да ви се стори лудо. Всеки знае за инстинкта на самосъхранението и като цяло какво може да бъде по-ценно за тялото и човека от собствения му живот?
Промоционално видео:
Най-високата цел на жив организъм
От хуманитарна гледна точка, тоест, нашият човешки егоизъм, разбира се, животът е най-високата ценност. Но авторът на тези редове е професионален биолог и дори със склонност към медицината. Така че аз също считам човек за просто живо същество, принадлежащо на гръбначни животни, животни, бозайници от порядъка на примати, род Homo, вид sapiens. И знам, че за всички живи същества има нещо, което е много по-ценно от собствения им живот. Това е геномът на техния вид. Наборът от всички гени, който определя какво е това същество, какво е създанието.
И това е наистина важно нещо. Геномът на всеки вид се е образувал в резултат на десетки и стотици милиони години еволюция и ако веднъж бъде изгубен, видът напълно ще изчезне, което означава, че всички тези милиони години са минали напразно. Всички живи същества и в техния брой с вас, от техните родители получават копие на генома, проверяват неговото (копие) изпълнение през неговия живот и ако копието се окаже добро, тогава то се предава на техните деца. Някой друг пита за смисъла на живота? От гледна точка на биологията изглежда така. Взех го, използвах го малко и ако работи добре, го предадох.
Обикновено интересите на генома съвпадат изцяло с интересите на неговия временен носител. Ако съществото, нямащо време да остави потомство, умре, тогава копие на неговия геном ще бъде загубено завинаги. Но понякога се случват много неприятни ситуации, когато желанията на самия носител не съвпадат с нуждите на генома. И тогава нашите гени веднага ни показват кой е шефът на къщата.
Добър пример е пивоварната мая, една от любимите теми на изследване сред биолозите. (Подозирам, че това се дължи на прекрасен страничен продукт, който те могат да произведат.) Дрождите са доста примитивна едноклетъчна гъбичка и тя може да живее в два режима: възпроизвеждайки асексуално или сексуално възпроизвеждайки себе си.
Ако всичко е наред в живота им, тогава маята се размножава, изплювайки нови клетки от себе си, своите точни копия-клонинги. Процесът може да се повтори многократно, а маята живее много дълго време, като се умножава по брой и се опитва да залови възможно най-много място. Еволюцията в този режим е изключително бавна, тъй като променливостта е много малка, нови и стари клетки се смесват в околната среда и има много стари. Като цяло, застой.
Но тогава условията започват да се влошават (например, цялата проста храна, която е в района, е изядена). Клетките на дрождите усещат, че безплатният е приключил и „решават“да ускорят собствената си еволюция, възвръщайки способността бързо да се адаптират към новите условия. Това става с помощта на две неща:
Въвежда се задължително сексуално възпроизвеждане.
За целта клетките с дрожди се договарят кое от тях ще бъде момче и кое ще бъде момиче и организират обмен на ген.
Появява се бърза смърт.
Програмирана смърт на клетките от дрожди, която отсъства при по-удобни условия на асексуално възпроизвеждане. Очевидно е необходимо, за да може старата генерация на дрожди да направи място за новата, получена в резултат от "разбъркването" на гените.
И знаете ли какъв е сигналът, който задейства програмираната смърт на клетките от дрожди? Феромон - вещество, което дрождите от един пол усещат представителите на противоположния пол. Откриването на този факт предизвика много шум в тълпата от учени с дрожди. Ето такава сърцераздирателна история за любовта и смъртта в пивоварните дрожди.
Жертвата е общо правило
Тоест, веднага щом видът се нуждаеше да ускори собствената си еволюция, интересите на отделни индивиди незабавно бяха жертвани в името на Генома на Негово Величество. И това тъжно правило за отделни индивиди може да се проследи върху създания с всякаква сложност.
Помислете за едногодишните, които умират веднага щом плодовете им узреят. Между другото, те изобщо не могат да бъдат годишни. Просто се размножава веднъж. Например, бамбукът живее десетилетия, а след това цъфти, образува семена и след това умира. Обърнете внимание, че няколко мутации в гените на годишното растение могат да го превърнат в … многогодишно. Например белгийските генетици успяха да направят това, работата беше наградена публикация в Nature.
Мислите ли, че това важи само за гъби и растения? Ето насекомите. Венецът на еволюцията, между другото! Попитайте някой безгръбначен зоолог, който е по-готин - диптерани или някакви тромави плешиви маймуни? Мъфините не живеят дълго: от няколко часа до няколко дни (в зависимост от конкретния вид), защото нямат … уста. Те не могат да ядат и умират от глад. Харесва ли всеки един маймун? Не мисля така. Доволни ли са от генома на техния вид? Сигурен съм. Просто защото е много успешен, тоест широко разпространен и много дългогодишен животински вид. Много по-възрастни от теб и от мен.
Счупете системата, променете програмата
Така че, колкото и да е странно, има самоубийствени генетични програми. Но ние започнахме да говорим за тях изобщо, за да се удивим за пореден път на подредбата на живата природа. Има много по-належащ въпрос, който засяга всеки от нас. Помнете - „всички ще умрем“? Нашият геном няма ли нещо общо с този тъжен факт? Не сме ли наследили от първобитните си предци някаква генетична програма, чиято цел е да ни доведе до гроба?
Ще се опитам да ви докажа, че е така. И можем доста да си позволим да нарушим тази програма. Защото е необходима с единствената цел да се ускори еволюцията на човека като биологичен вид. Но ние вече не се нуждаем от това, защото вместо темпото на еволюция на охлюв, хората отдавна използват много по-бърз и ефективен метод за оцеляване като вид - технически прогрес. Това означава, че той вече не се нуждае от всякакви неприятни еволюционни инструменти и те могат да бъдат изключени, без значение как Негово Величество Човешкият геном протестира срещу това.
С други думи, напълно е възможно да се постави въпросът, искаме ли да продължим да бъдем временно хранилище на гени по пътя от едно поколение на следващо? Биологична машина, сляпо следваща нарежданията на собствения си геном? Време ли е за машинно въстание?
Част 2: Как генетичната програма подтиква хората към гроба
Най-голямата заплаха за хората е биологичното стареене, тоест бавното отслабване на функциите на организма, което неумолимо увеличава вероятността от смърт. Има всички основания да се смята, че остаряването е резултат от генетична програма.
С цялото величие на човечеството и човека, вие и аз сме нищо повече от биологични машини. Родителите ни качиха в нас програма - нашият живот, нашият геном - изпълнението всъщност на тази програма. Какво е? Фактът, че трябва да се развиваме под формата на ембрион, да се раждаме, да израстваме и ако изтегленото копие на генома е било успешно у нас, да прехвърлим това копие на нашите деца. Но програмата не свършва дотук. Защото в него има и последен етап - необходимо е да се освободи място в пещерата, за да може следното поколение да умре.
Ако всички са съгласни с първите етапи на програмата, тогава някак си не им харесва да мислят за последната част. И не само обикновени хора, но и професионални учени. Може би това е така, защото повечето биолози много обичат живота и във всичките му проявления. Всъщност затова станахме биолози. Винаги е много по-интересно да изследваме откъде идва нещо, отколкото къде отива по-късно, как е унищожено.
В тази връзка историята на изучаването на протеини е много поучителна (другото им име са протеини, това е конкретно това, което е кодирано в нашите гени, най-важната част във всяка жива система). Процесът на синтез на протеини в клетките започва да се изучава внимателно още през 50-те години и много бързо разбрах как става това. От 70-те години всички учебници са описали съответния механизъм, който работи перфектно и през цялото време произвежда всички протеини, от които се нуждаем. Въпрос: къде отиват тогава? Те не живеят вечно. Клетката просто би се спукала от синтезираните протеини през цялото време. Но по някаква причина биолозите някак „не се занимават много с този въпрос“. И пренебрегва голяма и сложна система за разграждане на протеини. Той заема повече от 10% от всички наши гени и което определя точно колко дълго трябва да живее определен протеин,в зависимост от неговата функция. Някои от тях живеят само няколко часа, други остават в клетката с години. Те започват да се мият за това едва в края на 80-те, а Нобеловата награда е присъдена за откриването на система за целенасочено унищожаване на протеини.
Разглезете програмата
Не се ли случи подобна история с програмираната смърт на организма? Може би биолозите не са искали просто да мислят за това? И напразно! Защото, ако нашата смърт също е програмирана, като нашето раждане, това ни дава огромен шанс да живеем по-добре и по-дълго. Факт е, че биологията, с всичките си постижения, е доста млада наука. Все още знаем приблизително как е подредена живата природа и все още не знаем как да създадем различни нови биологични системи, които биха могли да ни бъдат полезни за удължаване на собствения ни живот. Но ако нашата смърт се случи поради действието на програмата, тогава няма нужда да се изгражда нищо. Напротив, необходимо е да се счупи. Прекъснете последния етап от тази програма, което е фатално за нас. Освен това е възможно дори да не го разрушите напълно (това може да е опасно и, вероятно, все още е невъзможно),е доста просто да се намеси по някакъв начин, да се вмъкне този механизъм в колелата на пръчките. За цялата младеж на биологичното инженерство и биология, ние някак си вече знаем как да се пречупим. И тогава механизмът ще работи по-зле, което означава, че ще живеем по-дълго.
И все пак, има ли подобен механизъм на програмирано самоубийство в човешкото тяло? Може би учените по някакъв начин са го пренебрегнали, само защото го няма и не защото не искаха да гледат? С цялото ми уважение към моите колеги, не мисля така. И тогава ще се опитам да докажа как е възможно като цяло в такава слаба наука като биологията, че да, ние имаме тази програма. И съвсем може да започнете да се борите с него Но за да разберете за какво става въпрос, ще трябва да прочетете тази серия статии докрай.
Е, за каква програма можем да говорим? Има няколко варианта и нека започнем с най-простия. Има много гадно и смъртоносно нещо като сепсис. Обикновено се случва, когато кръвта се зарази с бактерии. Тоест, ако голям брой микроби попаднат в кръвта, това е много опасно. Температурата на човек рязко се повишава, развива се така нареченото системно възпаление и процесът най-вероятно завършва по най-тъжния начин - пациентът умира. Между другото, това работи и върху други животни - плъхове, мишки и всякакви други животни.
Защо това се случва? Изглежда, че всичко е ясно. Бактериите започват да се размножават в кръвта, имунната система не може да се справи с тях и те "изяждат" човешкото тяло отвътре. И какво, чуди се човек, може да не ни подхожда с толкова ясно и разбираемо обяснение?
Смъртоносен имунитет
Но тук е проблемът. В един момент се оказа, че същият ефект може да се постигне (не при хора, разбира се, но в експеримент върху плъхове), ако мъртви (!) Бактерии се въведат в кръвта. Те не могат нито да се възпроизвеждат, нито да "ядат" нищо. И симптомите са същите - треска и възпаление и в резултат на това смърт от многоорганна недостатъчност. Аха! - казаха заинтересованите учени, - това означава, че бактериите сами по себе си не са ужасни, а защото съдържат някакво много отровно за човека вещество (или мишки)! Освен това причинява септичен шок. Те започнаха да разбират и наистина изолират такова вещество от бактерии, или по-скоро от черупките си. Ако бъде почистена и въведена в кръвта на животно, тогава нещастното същество също ще умре от септичен шок. Какво е това вещество? Каква ужасна бактериална отровакойто веднага беше наречен ендотоксин - тоест вътрешната отрова на бактериите?
Оказа се, че това е обикновен полимер, състоящ се от остатъци от захари и липиди - липополизахарид (английско съкращение - LPS). В своята химическа същност веществото е напълно безобидно, то е просто строителен материал, който изгражда клетъчната стена на бактериите. Как LPS може да бъде токсичен за бозайниците? Те започнаха да разбират по-нататък и откриха, че бозайниците имат специални протеини - LPS рецептори, които постоянно следят кръвта за появата на това вещество. И ако те открият определено количество LPS, тогава те предизвикват ужасна каскада от биологични реакции, които ние наричаме септичен шок. Ако направим мутантна мишка, която има счупен ген за този рецептор, тогава за такава ГМО мишка най-смъртоносната доза LPS ще бъде абсолютно безобидна.
Тялото й просто няма да забележи „ендотоксина“и ще продължи да живее щастливо. Можете да разбиете тази програма за самоубийство по друг начин. Зловещата възпалителна каскада в отговор на LPS е част от имунната система на организма. Ние знаем за вещества като кортикостероиди като дексаметазон, които са добри за потискане на имунната система. Съответно, ако LPS се инжектира в мишка заедно с дексаметозон, тогава миши LPS рецепторите, разбира се, ще открият и предадат сигнал "нагоре" към имунната система. Но това няма да доведе до нищо ужасно, защото ще бъде забранено. И мишката ще оцелее.
Като цяло, ако пропуснем всички тези ужасни подробности, заключението е следното: смъртта от септичен шок настъпва в резултат на работата на специална самоубийствена програма. Тялото се самоубива, ако открие в себе си достатъчно голям брой патогенни бактерии. Досега е известно много за тази програма: как се стартира, кои части от имунната система се активира, как и кога процесът влиза в необратима фаза.
Жертва за останалите
Възниква разумен въпрос, но много не обичан от биолозите: защо? Защо бозайниците са имали тази смъртоносна система? Определено не е нужен на отделен организъм. Без септичната шокова система той би имал поне някакъв шанс да "смаже" инфекцията и да оцелее. Но природата не дава този шанс, като довърши злощастния и дори бактериите, които го заразиха, вече са мъртви. Защо?
Точен отговор на този въпрос, разбира се, не може да бъде даден, защото пътищата на еволюцията са неясни … е, или този, който го насочва там. Но всъщност цялата тази история изглежда много разумна и практична. Вярно, не от гледна точка на отделен човек, като венец на природата, а от гледна точка на Негово Величество Геномът на Homo sapiens.
В примитивни времена, които по еволюционни стандарти са били само преди няколко секунди, заразен индивид е бил изключително опасен за останалите видове. Защото той можеше да предаде инфекцията на тях, да зарази цялата популация и … ами ако това е последната популация от този вид? Тогава той (видът) ще изчезне, а с него и неговият геном. По-лошото е, че дори болестта да не е фатална, тя все още е много опасна. Факт е, че в началните етапи тялото се бори с инфекцията, като синтезира много токсични вещества - свободни радикали (ще говоря за тях в една от следващите колони).
Тези вещества са мутагенни. И ако инфекцията беше тежка, тогава се синтезират много радикали и това вече е пряка заплаха за появата на твърде много мутации в генома. Е, как един болен индивид ще оцелее и с всичките му мутации ще роди деца с неразбираеми геноми? Опасен! От гледна точка на вида и най-важното неговия геном е много по-добре, ако заразеният индивид не бяга никъде, лежи тихо под най-близкия храст и … умира, без да зарази роднините и вече не участва в размножаването. Това е целта на програмата за септичен шок.
Но в съвременния свят човек изобщо не се нуждае от такава програма. Защото имаме антисептици и антибиотици.
А относно старостта
Е, добре, галантният четец, който се е придържал към тези редове, ще каже, да речем, че сепсисът е програма. Но за щастие септичният шок далеч не е основната причина за смъртта при хората. Има и други, които са много по-често срещани. И какво общо имат програмите, геномите и въстанието на биологичните машини?
Отговорът е: знаете ли коя е най-честата причина за смъртта? Заплашване 100% от хората над, да речем, на 20 години? Това е биологично стареене! Тоест, бавно и последователно отслабване на телесните функции с възрастта, неумолимо увеличаваща вероятността от смърт. Така че, авторът принадлежи към онези биолози, които смятат, че имаме всички причини да считаме застаряването като резултат от дейността на такава генетична програма. И в следващия брой на нашата биосерия ще се опитам да ви представя доказателства за тази смела хипотеза, а голите еволюционни шампиони ще ми помогнат в това.