"Митохондрии - инструмент Зла

Группа профессора Говарда Якобса из университета Тампере, которая изучает механизм старения:

Мы занимаемся геномом митохондрий - это единственные образования, органеллы, имеющие собственный геном. Они служат энергетическими станциями клетки и, вырабатывая энергию, производят немало ядовитых отходов. Наша группа, в которую входят ученые из Финляндии, Италии, Швеции, Франции и Великобритании, провела большую работу, определила функции ключевых генов в геноме митохондрий и сумела связать многие мутации с конкретными болезнями, как наследственными, так и старческими. А сейчас мы вплотную подошли к проверке митохондриальной гипотезы старения, согласно которой отходы разрушают систему ремонта организма, и в первую очередь ДНК самих митохондрий. Нам удалось вывести мышь, у которой ДНК митохондрий очень слабо защищена, и эта мышь действительно стареет в десяток раз быстрее обычных! Изучив на такой модели механизм старения, связанный с митохондриями, мы сможем быстро продвинуться к поиску средств продления жизни, а также лечения многочисленных болезней, вызванных с нарушениями в производстве энергии.»»

Владимир Скулачев: "Существует генетическая программа самоубийства клеток"

В научном журнале 'Биохимия' за 97 и 99 годы. Были мои статьи в журналах 'Наука и жизнь', 'Химия и жизнь'. Большая статья опубликована в 'Российской газете' в сентябре прошлого года.

Я не уверен, что мои идеи приблизили человечество к бессмертию. Более того, даже если они верны, то речь идет не об истинном бессмертии, а об отмене старения. Истинное бессмертие предполагало бы восстановление нормального организма после любой катастрофы. В то время, как отмена старости, если бы это удалось сделать, просто продлила жизнь человеку. В результате люди умирали от несчастных случаев или по собственной воли, путем самоубийства. Общепринятая точка зрения состоит в том, что старение человека неизбежно так же, как старение любого сложного механизма. При этом как-то забывают, что живой организм, в отличие от мертвого механизма, располагает чрезвычайно совершенными системами починки возникающих повреждений. И ниоткуда не следует, что нам отведен срок, допустим, 100 лет и эти системы починки повреждения не могли бы обеспечить нам сотни лет жизни. Я повторяю, что я не уверен в справедливости своей гипотезы, но если она действительно справедлива, то она обещает радикальное увеличение продолжительности полноценной молодой жизни, а не продление старости.

Можем допустить, что в живом организме имеется специальная записанная в генах программа старения, способствующая ускорению совершенствования биологических видов. Но раз есть программа, то ее можно сломать и тем самым отменить старение. На это могут возразить, что применительно к человеку, мы тем самым замедлим его эволюцию. Это действительно так. Но я абсолютно уверен, что человечество, столкнувшись с дилеммой: резко продлить молодость или оставить все как есть с целью сохранения природных темпов эволюции человека, выберет первую возможность. Гораздо легче сломать программу старения, чем каждый раз чинить поломки, возникающие в нашем теле с возрастом.

Существует точка зрения общепринятая не только среди ученых-геронтологов, но и среди людей вообще, что жизнь и смерть несовместимые антиподы, что все сущее смертно, а попытки радикального продления жизни людей путем отмены программы старения суть поиска вечного двигателя. Однако ниоткуда не следует, что такая парадигма справедлива. Более того, есть прекрасные примеры бессмертных живых существ в том смысле, что им неведомо старение. Таков огромный мир бактерий. Бактерии делятся, размножаясь вегетативным образом, до тех пор, пока есть питательная среда. Они не стареют. Есть поразительные примеры отмены старения у более высоко организованных существ. Например, гриб подоспора утрачивает способность к старению, если нарушается функция внутриклеточных органелл - митохондрий. Обычно срок жизни подоспоры около 20 дней. В то же время подоспора с нарушенными митохондриями живет годами без всяких признаков старения. Другой пример: бамбук размножается вегетативно 15-20 лет и не стареет. Затем внезапно переходит на половое размножение и после созревания семян стареет за считанные дни и умирает, дав место семенам, чтобы прорасти. Самка осьминога откладывает яйца, ухаживает за ними, пока не выведутся маленькие осьминоги. В этот момент осьминожиха теряет аппетит и, спустя несколько дней, умирает от голода. Потери аппетита не происходит, если удалить так называемую оптическую железу. В этом случае осьминожиха находит себе нового самца и размножается еще раз. Я мог бы продолжать эти примеры, которые показывают, что по крайней мере у некоторых живых существ смерть есть результат включения определенной программы, записанной в генах. Вопрос лишь в том, присуще ли такая же программа человеку. Этим и следует заниматься, если мы хотим радикально продлить жизнь людей, отменив предполагаемую программу.

К гипотезе о том, что старение есть программа, я пришел, исследуя судьбу кислорода в нашем организме. Всю жизнь я исследовал энергетический аспект этой проблемы. Известно, что кислород сжигает питательные вещества в нашем организме, обеспечивая тем самым получение энергии, необходимой для жизнедеятельности. При этом кислород, как правило превращается в молекулу воды, что означает его четырехэлектронное восстановление с последующим присоединением четырех протонов. Это сложная реакция катализируется специальными белками-ферментами, заключенными в митохондрии. Однако иногда происходит гораздо более простой процесс одноэлектронного восстановления кислорода в супероксид. Долгое время считалось, что это неизбежная расплата за кислородную энергетику, а именно, что организму не удается полностью исключить более простую реакцию. Тем не менее оказалось, что есть специальные белки-ферменты, которые катализируют в нашем организме образование супероксидов. На первый взгляд, это очень неожиданно, поскольку супероксид ядовит сам по себе и является предшественником еще более ядовитых продуктов, например, радикала гидроксила. В некоторых случаях ядовитые продукты такого типа образуются снаружи клетки и служат ее оружием в борьбе с патогенными бактериями. Однако описаны и другие случаи, когда яд возникает внутри клетки и убивает ее. Именно так организована запрограммированная смерть клетки, так называемый апоптоз. По тому же принципу устроено самоубийство митохондрии (митоптоз а также коллективное самоубийство групп клеток и самоуничтожение органов в процессе эмбрионального развития (органоптоз). Вопрос лишь в том, существует ли такого рода явление на уровне целого организма, то есть биохимическое самоубийство организма. Я назвал это предполагаемое явление фенопрозом. В настоящее время мы исследуем все перечисленные типы самоликвидации живых систем, завязанные на продукцию ядовитых форм кислорода. Мы полагаем, что прервав этот процесс, то есть образование супероксида, можно было бы отменить или хотя бы заменить программу старения. Есть основания полагать, что главным источником супероксида при старении служат митохондрии. Вот почему наш главный интерес сегодня - это прервать образование ядовитых форм кислорода этими органеллами.

Биоинженерия - обоюдоострое оружие. Не составит большого труда вывести сверхпотогенную бактерию, которая одновременно будет образовывать токсины как чумы, так и холеры.

Опасно вторгаться в генетическую программу организма. Однако данные обстоятельства не повод к запрещению биоинженерии. Человечество уже встало на этот путь и конечно же с него не свернет, поняв, какие колоссальные перспективы он сулит. Надо сказать, что шумиха вокруг использования в пищу продуктов, образуемых генетически измененными существами, не имеют под собой серьезных научных оснований. Селекционеры уже много тысяч лет стихийно, наощупь, а стало быть наобум, вмешиваются в генетику сельскохозяйственных растений и животных. Отличие генной инженерии состоит только в том, что она пытается сделать это предсказуемым образом, так сказать, с открытыми глазами.

Другая проблема, как мне кажется, бессмысленно обсуждаемая в широких кругах общества и даже в парламентах и правительствах стран - это клонирование человека. Но сегодня оно невозможно по чисто техническим обстоятельствам. Такого рода процедура встретила непреодолимые пока трудности, причем нет серьезных оснований надеяться на быстрый успех.

Уже совершенно очевидно, что существует генетическая программа самоубийства клеток. Кстати, за открытие этих генов у одного из простейших, но любимых объектов - червячка Cenorhabditis elegans полтора года назад была присуждена Нобелевская премия по физиологии. Наша главная задача - выяснить место этого явления в более сложных системах - тканях, органах и живых организмах. Наш особый интерес - конечно же роль ядовитых форм кислорода и образующих их митохондрий в явлениях запрограммированной смерти, имея в виду конечную цель - отмену этой смерти.

Скулачев В.П. - директор НИИ ФХБ им. Белозерского, академик РАН.

Женская клетка содержит более 100 тысяч митохондрий, тогда как мужская лишь 100.

Из работ В.И. Агола советский и российский учёный-вирусолог, генетик, доктор биологических наук (1967), группа профессора Говарда Якобса из университета Тампере, Петер Акст бывший преподаватель медицины в университете немецкого города Фульда, и его дочь Михаэла Акст-Гадерманн, врач и научный журналист, Т. Ozawa Старение и активные формы кислорода (АФК), Дэнхем Харман биогеронтологист, был почетным профессором в университете Медицинского центра штата Небраска, Микель, Ребекка Гершман Рочестерский институт, штат Нью-Йорк, Жоао Пассос, из Института старения при университете Ньюкасла в Великобритании, и его команда, доктор Клара Коррейя-Мело Институт старения Ньюкасла, Кристина Бауэр Портал Московская медицина.

Свободнорадикальная теория старения утверждает, что старение происходит из-за накопления повреждений в клетках, нанесённых свободными радикалами с течением времени.

Каждый день, каждый час, минуту, секунду в нашем организме происходят физиологические процессы (например, дыхание). В процессе их пробега в качестве побочного продукта появляются свободные радикалы.

Теория впервые была предложена Дэнхемом Харманом в 1950-х годах, а в 1970-х годах Харман сделал предположение о ключевом участии митохондрий в образовании свободных радикалов, повреждающих клетки.

В 1980 году Микелем с соавторами была предложена свободнорадикальная митохондриальная теория старения, которая опирается на мнение Хармана о том, что главным источником свободных радикалов в клетке являются митохондрии. Свободнорадикальная митохондриальная теория старения, представляющая собой модификацию свободнорадикальной теории старения, утверждает, что старение у людей и животных обусловлено накоплением повреждений в митохондриях и митохондриальной ДНК.

О возможной связи митохондрий с процессами клеточного старения есть и более ранние работы, однако 1972 году Харман предположил, что продуцируемые именно митохондриями свободные радикалы могут быть причиной старения, таким образом дополнив свою оригинальную теорию.

Митохондрии являются основными продуцентами свободных радикалов в эукариотических клетках. Свободные радикалы, такие как: супероксид-радикал или гидроксид-радикал, в норме образуются в митохондриях в ходе работы дыхательной цепи, обеспечивающей синтез АТФ — основной энергетической «валюты» клетки.

Митохондрии также в большей степени подвержены повреждениям от свободных радикалов: митохондриальная ДНК, в отличие от ядерной, не защищена гистонами или другими ДНК-связывающими белками. И, так как митохондрии являются важными клеточными органеллами, нарушение их работы может приводить к таким драматическим последствиям, как, например, апоптоз — программируемая клеточная смерть.

Примером исследования, подтверждающего митохондриальную теорию старения, может служить работа, где было показано увеличение продолжительности жизни у мышей при гиперпродукции митохондриальной каталазы — фермента, разлагающего перекись водорода на воду и кислород. Перекись водорода, не будучи нейтрализованной, способна разлагаться с образованием гидроксил-радикала, накопление которого, согласно свободнорадикальной теории, может приводить к старению.

Митохондрии находятся внутри каждой из клеток организма. Практически это отдельный живой организм, паразитирующий на клетке основного тела. В процессе свой жизнедеятельности митохондрии потребляют питательные вещества и выделяют продукты своей жизнедеятельности, т. е. яды для всего остального организма. Так поступают все паразиты.

Митохондриальная теория старения получила широкое признание в научном сообществе.

Генетически запрограммированная смерть клетки - апоптоз может быть вызван, в числе других причин, радикалами, генерируемыми в клетке, в первую очередь митохондриями. Существует мнение, что апоптоз и служит для того, чтобы элиминировать клетки, образующие слишком много радикалов и других активных

В последнее время было показано, что запуск механизма апоптоза при действии на клетку активных форм кислорода связан с событиями в митохондриях.

Согласно представлениям, первоначально сформулированным Микелем и развитых впоследствии Т. Ozawa, генерация свободных радикалов, в первую очередь при работе самих митохондрий, приводит к мутациям в мтДНК. В результате этого нарушается синтез белков, входящих в состав дыхательной цепи, и она начинает работать хуже; в частности, образует увеличенное количество радикалов супероксида - порочный круг замыкается. Эта часть схемы объясняет связанные с возрастом ухудшение работы митохондрий и накопление дефектов в ДНК..

Речь идет о книге "Хвала лени", которую "в четыре руки" написали Петер Акст, бывший преподаватель медицины в университете немецкого города Фульда, и его дочь Михаэла Акст-Гадерманн, врач и научный журналист.

В своей книге авторы выступают против засилья модели красоты и эффективности, которую якобы можно достичь, только обливаясь потом в спортзале и много работая. Их основной тезис состоит в том, что не только стресс, но и избыток занятий спортом снижают продолжительность жизни, поскольку увеличивают производство пресловутых свободных радикалов, нестабильных молекул, которые имеют лишь один электрон вместо двух и поэтому стремятся к равновесию, присоединяя электрон от другой ближайшей молекулы и в результате своеобразной цепной реакции приводя к возникновению новой нестабильности. В результате клеточного метаболизма свободные радикалы превращаются в перекись водорода, которая повреждает клетки, ускоряя старение.

Избыток физической нагрузки сказывается отрицательно, поскольку в клетках мышц усиливается деятельность митохондрий, которые одновременно являются основным центром производства свободных радикалов и центром энергии клеток, где проходят реакции дыхательной цепи. Все это означает снова возникновение перекиси водорода, с которой нужно бороться, потребляя антиоксиданты, содержащиеся, например, во фруктах и овощах. Либо, как иронически советуют Петер и Михаэла Акст, "ничего не делая".

Ассоциированное со старением изменение митохондриального генома наблюдается в различных видах. Оно включает точковые мутации нуклеотидов, а также делеции. Клеточный энергетический кризис ведет в конечном счете к клеточной смерти – апоптозу через фрагментацию митохондриальной ДНК, дегенерацию и атрофию тканей (см. статью В.И. Агола "Генетически запрограммированная смерть клеток". Соросовский Образовательный Журнал. 1996. Ъ 6. С. 20-24). Показано, что внедрение митохондриальной ДНК в хромосомы может быть причиной рака и старения. В настоящее время ни одна теория старения не может игнорировать роль митохондрий. Уже нет сомнений, что митохондрии представляют собой центр контроля апоптоза. Гибель клетки связана с выработкой специфического белка-убийцы, который локализован в межмембранном пространстве митохондрии и выходит из нее, когда она не справляется с удалением активных форм кислорода (супероксид-аниона, перекиси водорода). Последние индуцируют открывание пор во внешней мембране, что и приводит к выходу этого белка в цитозоль и включению цепи метаболических реакций, ведущих к синтезу протеаз и нуклеаз, переваривающих клетку. Исследуются вещества (в том числе и синтезирующиеся внутри клетки), которые оказывают воздействие на митохондриальную мембрану и тем самым предотвращают или, напротив, ускоряют апоптоз. Некоторые из них являются онкобелками (белками, вовлеченными в развитие раковых опухолей). Их действие может быть связано с тем, что апоптоз является крайней мерой, позволяющей избавляться от сильно поврежденных геномов, накопление которых приводило бы к злокачественному перерождению тканей. Действительно, регуляция апоптоза нарушена в опухолевой ткани (он в ней практически не наблюдается). Кроме того, удаление части клеток – это необходимый этап любого морфогенеза. В 1998 году номер ведущего научного журнала "Biochimica et biophysica acta" полностью был посвящен роли митохондрий в клеточной смерти. Читатель может получить информацию об этом и других особенностях митохондриальной биоэнергетики из статей В.П. Скулачева.

Митохондрии производят АТФ, но они же его сами и потребляют немерено, поддерживают температуру 36,6 для паразитов, связывают заряды что поступают в клетку извне.

Материнское наследие. Митохондриальные болезни

Атраментова Л.А., доктор биологических наук, профессор

Утевская О.М., кандидат биологических наук, доцент

Кафедра генетики и цитологии, Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина

Существует точка зрения, что митохондрии - это древние внутриклеточные симбионты. Эти органеллы не всегда присутствовали в клетках. Когда-то, еще на заре эволюции, их предшественники - бактерии с эффективным способом кислородного дыхания - были поглощены более крупными клетками, но не переварены ими, а каким-то образом вовлечены в процесс добывания энергии. Свои услуги они предоставляли не бескорыстно, а в обмен на защиту и пропитание. За несколько миллиардов лет эволюции сформировался прочный союз, и сейчас бывшие бактерии - митохондрии - являются неотъемлемой частью эукариотической клетки. Их обмен веществ так тесно переплетен, что ни митохондрии, ни клетки не могут существовать отдельно друг от друга. Все, что осталось от былой независимости митохондрий - это собственный геном со своим генетическим кодом, не таким, как в ядре, а похожим на код бактерий.

Эти органеллы являются своеобразной зоной повышенного мутационного риска: интенсивно протекающие в них окислительно-восстановительные процессы с избытком поставляют свободные радикалы, повреждающие ДНК. Митохондриальная ДНК, в отличие от ядерной, не защищена белками-гистонами, а древние, доставшиеся от бактериеподобных предков, механизмы репарации её повреждений несовершенны. Поэтому в митохондриальной ДНК мутации накапливаются в 10-20 раз быстрее, чем в ядерной ДНК.

Мутации, возникшие в митохондриальных генах, передаются в новые митохондрии при делении этих органелл. Получается, что даже в пределах одной клетки присутствуют митохондрии с разными вариантами геномов.

Другой причиной, вносящей свой вклад в дело старения, может являться так называемая «ДНК старения». Она была идентифицирована у сумчатого гриба (аскомицета). Оказалось, что эта ДНК у молодых клеток гриба входит в состав митохондриальной ДНК. Однако на определенном этапе она выщепляется из мтДНК и начинает автономно реплицироваться в форме клеточной плазмиды. Интересно, что в мутантных клетках-долгожителях ядерная ДНК, как оказалось, сдерживает влияние этой плазмиды, тормозя ее выщепление из митохондриального генома и экспрессию ее генов. С течением времени эта плазмида столь сильно размножается, что замещает собой большую часть митохондриального генома. И уж совсем необычным является тот факт, что в ядре клетки есть гены, которые контролируют переход «ДНК старения» из интегрированного состояния в мигрирующую плазмиду. Обнаружение «ДНК старения» в клеточном ядре говорит о том, что ядерная ДНК каким-то образом направляет ее к себе. В конечном счете плазмидная ДНК так безудержно размножается, что вытесняет нормальные последовательности ядерной ДНК клетки. Это приводит к многочисленным изменениям в работе генетического аппарата со всеми вытекающими негативными последствиями.

Опубликовано в журнале: «Новый Мир» 2002, №8

Вольбахия, по идее, может служить движущей силой интенсивного видообразования, приводить к дроблению видов и экологических ниш.

Вольбахия относится к группе альфа-протеобактерий, из которой происходят предки митохондрий.

Неисчислимые армады крохотных биороботов, невидимых глазу, но смертельно опасных, находятся в состоянии необъявленной, но ожесточенной войны с человечеством . И люди, похоже, постепенно ее проигрывают... По своему строению вирус напоминает одноразовый шприц. Едва коснувшись живой клетки, он ввинчивает в нее «пружинку» ДНК, которая представляет собой хитроумную программу.

Она изменяет работу клетки и заставляет ее убивать остальной организм, производя все новые и новые микроскопические «шприцы», начиненные смертью... Даже энциклопедические словари стыдливо признают: современная наука не понимает природы этих странных созданий, не ведает пути их эволюции. Ученые вообще не смогли прийти к единому мнению: вирус это существо или вещество?

Безжалостные убийцы настолько чужды всему земному, что среди изучающих их специалистов бытует устойчивая версия - эта напасть явилась к нам из Дальнего космоса. На сегодняшний день обнаружено более 1500 видов вирусов.