Część 1: Czy człowiek może kwestionować swoje geny
Teoretycznie organizmy żywe mogą żyć bardzo długo, prawie wiecznie. Skąd w żywych istotach wzięła się tak zła właściwość, jak śmierć?
Wszyscy kiedyś umrzemy. Niestety (a może na szczęście są różne punkty widzenia) życie układane jest w taki sposób, że ten cud dostajemy w komplecie z bardzo nieprzyjemnym obowiązkowym dodatkiem - śmiercią.
Niektórzy biolodzy uważają, że nie zawsze tak było. Wydaje się, że słynny August Weismann jako pierwszy wątpił w „nieuchronność” śmierci. To przodek genetyków Weismanistów-Morganistów, tak znienawidzonych przez Trofima Łysenkę. W swoim wykładzie, który Weismann wygłosił we Fryburgu w 1881 roku, powiedział: „Postrzegam śmierć nie jako pierwotną konieczność, ale jako coś, co nabywa się po raz drugi w procesie adaptacji”. Tak więc śmierć została wymyślona przez naturę celowo, aby zapewnić zmianę pokoleń, bez których życie nie może się rozwijać i bez których ewolucja jest niemożliwa.
Rola DNA w dziedziczności nie była jeszcze znana. Nie było jasne, jak ogólnie zorganizowano genetykę, a Weisman uważał, że wszystko to zostanie ujawnione: „Nie ma wątpliwości, że wyższe organizmy w wersji ich projektu, która przyszła do nas dzisiaj, zawierają nasiona śmierci”. O jakich nasionach mówimy? Oczywiście o genach. To znaczy, po przetłumaczeniu na bardziej nowoczesny język, znany biolog stwierdził, że geny śmierci są osadzone we wszystkich żywych organizmach (to znaczy w tobie i we mnie). Okazuje się więc, że pewnego dnia mogą się włączyć i od razu umrzemy. Popełnijmy, by tak rzec, samobójstwo biologii molekularnej.
Jak daleko się zgodziliśmy? Do tego stopnia, że organizmy żywe są w jakiś sposób zaprogramowane do popełnienia samobójstwa? Może się to wydawać szalone, każdy wie o instynkcie samozachowawczym i ogólnie, co może być cenniejsze dla ciała i człowieka niż jego własne życie?
Film promocyjny:
Najwyższy cel żywego organizmu
Z humanitarnego punktu widzenia, czyli naszego ludzkiego egoizmu, oczywiście życie jest najwyższą wartością. Ale autor tych linii jest zawodowym biologiem, a nawet z zamiłowaniem do medycyny. Dlatego też uważam osobę za żywą istotę spokrewnioną z kręgowcami, zwierzętami, ssakami, z rzędu naczelnych, z rodzaju Homo, z gatunku sapiens. I wiem, że dla wszystkich żywych istot jest coś o wiele cenniejszego niż ich własne życie. To jest genom ich gatunku. Zbiór wszystkich genów, który określa, czym jest to stworzenie, jakim jest stworzeniem.
I to jest naprawdę ważna rzecz. Genom każdego gatunku powstał w wyniku dziesiątek i setek milionów lat ewolucji, a jeśli raz zostanie utracony, gatunek całkowicie zniknie, co oznacza, że wszystkie te miliony lat minęły na próżno. Wszystkie żyjące istoty iw ich liczbie przy Tobie, od swoich rodziców otrzymują kopię genomu, sprawdzają jej (kopiowanie) działanie podczas jego życia, a jeśli kopia okaże się dobra, to jest przekazywana ich dzieciom. Ktoś inny pyta o sens życia? Z punktu widzenia biologii wygląda to tak. Mam to, trochę używałem i jeśli działa dobrze, przekazałem to dalej.
Zwykle interesy genomu pokrywają się całkowicie z interesami jego tymczasowego nosiciela. Jeśli stworzenie, nie mając czasu na pozostawienie potomstwa, umrze, wówczas kopia jego genomu zostanie na zawsze utracona. Ale czasami zdarzają się bardzo nieprzyjemne sytuacje, gdy życzenia samego nosiciela nie pokrywają się z potrzebami genomu. A wtedy nasze geny natychmiast pokazują nam, kto jest szefem domu.
Dobrym przykładem są drożdże piwne, jeden z ulubionych przedmiotów badań biologów. (Podejrzewam, że jest to spowodowane cudownym produktem ubocznym, który mogą wytworzyć). Drożdże są raczej prymitywnym grzybem jednokomórkowym i mogą żyć w dwóch trybach: rozmnażaniu bezpłciowym lub organizowaniu rozmnażania płciowego.
Jeśli wszystko w ich życiu jest w porządku, to drożdże rozmnażają się, wypluwając z siebie nowe komórki, swoje dokładne kopie-klony. Proces można powtarzać wiele razy, a drożdże żyją bardzo długo, mnożąc się i starając się uchwycić jak najwięcej miejsca. Ewolucja w tym trybie jest niezwykle powolna, ponieważ zmienność jest bardzo mała, w środowisku mieszane są nowe i stare komórki, a starych jest wiele. Ogólnie stagnacja.
Ale wtedy warunki zaczynają się pogarszać (na przykład zjadło się całe proste jedzenie w okolicy). Komórki drożdży czują, że gra freebie się skończyła i „postanawiają” przyspieszyć własną ewolucję, odzyskując zdolność szybkiego przystosowania się do nowych warunków. Odbywa się to za pomocą dwóch rzeczy:
Wprowadzono obowiązkową reprodukcję płciową.
Aby to zrobić, komórki drożdży uzgadniają, który z nich będzie chłopcem, a który dziewczynką, i organizują wymianę genów.
Pojawia się szybka śmierć.
Zaprogramowana śmierć komórek drożdży, której nie ma w bardziej komfortowych warunkach rozmnażania bezpłciowego. Jest to oczywiście konieczne, aby stare pokolenie drożdży mogło zrobić miejsce dla nowego, wynikającego z „tasowania” genów.
A wiesz, jaki jest sygnał, który wyzwala zaprogramowaną śmierć komórek drożdży? Feromon - substancja, którą drożdże jednej płci wyczuwają przedstawicieli płci przeciwnej. Odkrycie tego faktu wywołało sporo hałasu w tłumie drożdżoznawców. Oto przejmująca historia o miłości i śmierci w drożdżach piwnych.
Poświęcenie jest ogólną zasadą
Oznacza to, że gdy tylko gatunek musiał przyspieszyć swoją własną ewolucję, interesy poszczególnych osobników zostały natychmiast poświęcone dla dobra Jego Królewskiej Mości Genomu. I tę zasadę, smutną dla pojedynczych osób, można prześledzić na stworzeniach o dowolnej złożoności.
Pomyśl o jednorocznych, które umierają, gdy tylko ich owoce dojrzeją. Nawiasem mówiąc, mogą wcale nie być roczne. Tylko raz się rozmnażałem. Na przykład bambus żyje przez dziesięciolecia, a następnie kwitnie, tworzy nasiona, a następnie umiera. Zwróć uwagę, że kilka mutacji w genach rośliny jednorocznej może zmienić ją w … bylinę. Na przykład belgijskim genetykom udało się to zrobić, praca została nagrodzona publikacją w Nature.
Czy uważasz, że dotyczy to tylko grzybów i roślin? Oto owady. Nawiasem mówiąc, korona ewolucji! Zapytaj dowolnego zoologa od bezkręgowców, który jest fajniejszy - muchówki czy jakieś niezdarne łyse małpy? Majówki nie żyją długo: od kilku godzin do kilku dni (w zależności od konkretnego gatunku), ponieważ nie mają … pyska. Nie mogą jeść i umrzeć z głodu. Czy każdy może latać? Nie sądzę. Czy są zadowoleni z genomu swojego gatunku? Jestem pewien. Po prostu dlatego, że jest bardzo udanym, to znaczy szeroko rozpowszechnionym i bardzo długo istniejącym gatunkiem zwierząt. Dużo starszy niż ty i ja.
Złam system, zmień program
Tak więc, co dziwne, istnieją samobójcze programy genetyczne. Ale zaczęliśmy o nich mówić wcale nie po to, aby po raz kolejny zadziwić ułożeniem żywej przyrody. Jest o wiele bardziej naglące pytanie, które dotyczy każdego z nas. Pamiętasz - „wszyscy umrzemy”? Czy nasz genom nie ma nic wspólnego z tym smutnym faktem? Czy nie odziedziczyliśmy po naszych prymitywnych przodkach jakiegoś programu genetycznego, którego celem jest doprowadzenie nas do grobu?
Spróbuję ci udowodnić, że tak jest. I możemy sobie pozwolić na przerwanie tego programu. Ponieważ jest potrzebny wyłącznie w celu przyspieszenia ewolucji człowieka jako gatunku biologicznego. Ale już tego nie potrzebujemy, ponieważ zamiast tempa ewolucji ślimaka ludzie od dawna stosują znacznie szybszą i skuteczniejszą metodę przetrwania jako gatunek - postęp techniczny. Oznacza to, że nie potrzebuje już wszelkiego rodzaju nieprzyjemnych narzędzi ewolucyjnych i można je wyłączyć, bez względu na to, jak protestował przeciwko temu Jego Wysokość Ludzki Genom.
Innymi słowy, całkiem możliwe jest postawienie pytania, czy chcemy nadal być tymczasowym repozytorium genów w drodze z pokolenia na pokolenie? Biologiczna maszyna ślepo wykonująca polecenia własnego genomu? Czy nadszedł czas na powstanie maszyny?
Część 2: Jak program genetyczny prowadzi ludzi do grobu
Największym zagrożeniem dla człowieka jest starzenie się biologiczne, czyli powolne osłabianie funkcji organizmu, co nieuchronnie zwiększa prawdopodobieństwo śmierci. Istnieją wszelkie powody, by sądzić, że starzenie się jest wynikiem programu genetycznego.
Przy całej wielkości Ludzkości i Człowieka, ty i ja jesteśmy niczym więcej jak biologicznymi maszynami. Nasi rodzice przesłali nam program - nasze życie, nasz genom - w rzeczywistości wykonanie tego programu. Co to jest? Fakt, że musimy rozwijać się w postaci embrionu, urodzić się, dorosnąć i jeśli pobrana kopia genomu się w nas powiodła, to tę kopię przekazać naszym dzieciom. Ale program na tym się nie kończy. Bo jest w tym też ostatni etap - konieczne jest zwolnienie miejsca w jaskini dla następnego pokolenia, czyli na śmierć.
Jeśli wszyscy zgadzają się z pierwszymi etapami programu, to jakoś nie lubią myśleć o ostatniej części. I to nie tylko zwykli ludzie, ale także zawodowi naukowcy. Może to dlatego, że większość biologów bardzo lubi życie i wszystkie jego przejawy. Właściwie to dlatego zostaliśmy biologami. Zawsze bardziej interesujące jest dla nas zbadanie, skąd coś się bierze, niż dokąd idzie później, jak jest niszczone.
Pod tym względem historia badań białek jest bardzo pouczająca (ich inna nazwa to białka, to właśnie jest kodowane w naszych genach, najważniejszej części każdego żywego systemu). Proces syntezy białek w komórkach zaczął być dokładnie badany już w latach pięćdziesiątych i bardzo szybko zorientowano się, jak to się dzieje. Od lat 70. wszystkie podręczniki opisują odpowiedni mechanizm, który działa doskonale i przez cały czas produkuje wszystkie potrzebne nam białka. Pytanie: gdzie oni wtedy idą? Nie żyją wiecznie. Komórka po prostu wybuchłaby z syntetyzowanych przez cały czas białek. Ale z jakiegoś powodu biolodzy jakoś „nie przejmowali się zbytnio tą kwestią”. I przeoczył duży i złożony system degradacji białek. Zajmuje ponad 10% wszystkich naszych genów, a od tego zależy dokładnie, jak długo powinno żyć dane białko,w zależności od jego funkcji. Niektóre z nich żyją tylko kilka godzin, inne latami pozostają w klatce. Zaczęli się o tym myć dopiero pod koniec lat 80., a Nagrodę Nobla przyznano za odkrycie systemu ukierunkowanego niszczenia białek.
Zepsuć program
Czy podobna historia nie miała miejsca z zaprogramowaną śmiercią organizmu? Może biolodzy nie chcieli po prostu o tym myśleć? I na próżno! Ponieważ jeśli nasza śmierć jest również zaprogramowana, tak jak nasze narodziny, to daje nam to ogromną szansę na lepsze i dłuższe życie. Faktem jest, że biologia ze wszystkimi swoimi osiągnięciami jest nauką dość młodą. Nadal wiemy w przybliżeniu, w jaki sposób zorganizowana jest żywa przyroda i nadal nie wiemy, jak stworzyć różne nowe systemy biologiczne, które mogłyby nam pomóc przedłużyć nasze życie. Ale jeśli nasza śmierć nastąpi w wyniku działania programu, to nie ma potrzeby niczego budować. Wręcz przeciwnie, konieczne jest zerwanie. Przełam ostatni etap tego programu, który jest dla nas fatalny. Co więcej, można go nawet nie złamać całkowicie (może to być niebezpieczne i prawdopodobnie nadal jest niemożliwe),dość łatwo jest w to jakoś ingerować, włożyć ten mechanizm do kółek drążków. Dla całej młodości inżynierii biologicznej i biologii jakoś już wiemy, jak się przełamać. A wtedy mechanizm będzie działał gorzej, co oznacza, że będziemy żyć dłużej.
A jednak czy istnieje podobny mechanizm zaprogramowanego samobójstwa w ludzkim ciele? Może naukowcy jakoś to przeoczyli, tylko dlatego, że go tam nie ma, a nie dlatego, że nie chcieli patrzeć? Z całym szacunkiem dla moich kolegów nie sądzę. A potem spróbuję udowodnić, jak w ogóle jest to możliwe w tak luźnej nauce jak biologia, że tak, mamy ten program. I możesz zacząć z tym walczyć. Aby jednak dowiedzieć się, o co chodzi, musisz przeczytać tę serię artykułów do końca.
Cóż, o jakim programie możemy porozmawiać? Opcji jest kilka i zacznijmy od najprostszej. Istnieje bardzo paskudna i śmiertelna rzecz, jak posocznica. Zwykle dzieje się, gdy krew zostaje zakażona bakteriami. Oznacza to, że jeśli do krwi dostanie się duża liczba drobnoustrojów, jest to bardzo niebezpieczne. Temperatura człowieka gwałtownie rośnie, rozwija się tak zwane zapalenie ogólnoustrojowe, a proces najprawdopodobniej kończy się w najbardziej smutny sposób - pacjent umiera. Nawiasem mówiąc, działa to również na inne zwierzęta - szczury, myszy i inne zwierzęta.
Dlaczego to się dzieje? Wydawałoby się, że wszystko jest jasne. Bakterie zaczęły namnażać się we krwi, układ odpornościowy nie radzi sobie z nimi i „zjadają” ludzki organizm od wewnątrz. A co, można się zastanawiać, mogłoby nie odpowiadać nam tak prostym i zrozumiałym wyjaśnieniem?
Śmiertelna odporność
Ale tu jest problem. W pewnym momencie okazało się, że ten sam efekt można osiągnąć (oczywiście nie u ludzi, ale w eksperymencie na szczurach), jeśli do krwi zostaną wprowadzone martwe (!) Bakterie. Nie mogą ani rozmnażać się, ani „jeść” niczego. A objawy są takie same - gorączka i stan zapalny, aw rezultacie śmierć z powodu niewydolności wielonarządowej. Aha! - mówili zainteresowani naukowcy - to znaczy, że bakterie same w sobie nie są straszne, ale dlatego, że zawierają jakąś bardzo trującą substancję dla ludzi (lub myszy)! Powoduje również wstrząs septyczny. Zaczęli rozumieć i naprawdę izolować taką substancję z bakterii, a raczej z ich skorupek. Jeśli zostanie oczyszczony i wprowadzony do krwi zwierzęcia, to nieszczęsne stworzenie podobnie umrze z powodu wstrząsu septycznego. Co to za substancja? Co za straszna trucizna bakteryjnaktórą od razu nazwano endotoksyną - czyli wewnętrzną trucizną bakterii?
Okazało się, że jest to prosty polimer składający się z reszt cukrów i lipidów - lipopolisacharydu (skrót angielski - LPS). W swojej istocie chemicznej substancja jest całkowicie nieszkodliwa, jest po prostu materiałem budulcowym, który tworzy ścianę komórkową bakterii. W jaki sposób LPS może być toksyczny dla ssaków? Zaczęli rozumieć dalej i odkryli, że ssaki mają specjalne białka - receptory LPS, które stale monitorują krew pod kątem pojawienia się tej substancji. A jeśli wykryją pewną ilość LPS, wyzwalają straszną kaskadę reakcji biologicznych, którą nazywamy szokiem septycznym. Jeśli stworzymy zmutowaną mysz, która ma uszkodzony gen tego receptora, to dla takiej myszy GMO najbardziej śmiertelna dawka LPS będzie absolutnie nieszkodliwa.
Jej organizm po prostu nie zauważy „endotoksyny” i będzie dalej żył szczęśliwie. Możesz przerwać ten samobójczy program w inny sposób. Niesamowita kaskada zapalna w odpowiedzi na LPS jest częścią układu odpornościowego organizmu. Znamy substancje, takie jak kortykosteroidy, takie jak deksametazon, które są dobre w hamowaniu układu odpornościowego. W związku z tym, jeśli LPS zostanie wstrzyknięty myszy razem z deksametozonem, to oczywiście mysie receptory LPS wykryją i przekażą sygnał „w górę” do układu odpornościowego. Ale to nie doprowadzi do niczego strasznego, ponieważ zostanie wyłączone. Mysz przeżyje.
Ogólnie rzecz biorąc, jeśli pominiemy wszystkie te straszne szczegóły, wniosek jest następujący: śmierć z powodu wstrząsu septycznego następuje w wyniku pracy specjalnego programu samobójczego. Organizm zabija się, jeśli znajdzie w sobie wystarczająco dużą liczbę chorobotwórczych bakterii. Obecnie wiele wiadomo na temat tego programu: jak się zaczyna, które części układu odpornościowego aktywuje, jak i kiedy proces wchodzi w nieodwracalną fazę.
Ofiara za resztę
Powstaje rozsądne pytanie, ale bardzo niekochane przez biologów: dlaczego? Dlaczego ssaki mają ten śmiercionośny system? Zdecydowanie nie jest potrzebny oddzielnemu organizmowi. Bez systemu szoku septycznego miałby przynajmniej jakąś szansę na „zmiażdżenie” infekcji i przeżycie. Ale natura nie daje takiej szansy, wykańczając nieszczęśliwego, a nawet jeśli bakterie, które go zainfekowały, są już martwe. Czemu?
Nie można oczywiście udzielić dokładnej odpowiedzi na to pytanie, ponieważ ścieżki ewolucji są nieodgadnione … no, albo tego, kto nimi kieruje. Ale w rzeczywistości cała ta historia wygląda bardzo rozsądnie i praktycznie. To prawda, nie z punktu widzenia indywidualnej osoby, jako korony natury, ale z punktu widzenia Jego Królewskiej Mości Genomu Homo sapiens.
W prymitywnych czasach, które według standardów ewolucyjnych miały miejsce zaledwie kilka sekund temu, zakażony osobnik był niezwykle niebezpieczny dla reszty swojego gatunku. Ponieważ mógł przekazać im infekcję, zarazić całą populację i … a co, jeśli to ostatnia populacja tego gatunku? Wtedy on (gatunek) zniknie, a wraz z nim jego genom. Co gorsza, nawet jeśli choroba nie jest śmiertelna, nadal jest bardzo niebezpieczna. Faktem jest, że na początkowych etapach organizm walczy z infekcją, syntetyzując bardzo toksyczne substancje - wolne rodniki (o nich opowiem w jednej z kolejnych kolumn).
Substancje te są mutagenne. A jeśli infekcja była ciężka, syntetyzowanych jest wiele rodników, a to już jest bezpośrednie zagrożenie dla pojawienia się zbyt wielu mutacji w genomie. Jak więc chora osoba przeżyje i ze wszystkimi swoimi mutacjami urodzi dzieci z niezrozumiałymi genomami? Niebezpieczny! Z punktu widzenia gatunku i, co najważniejsze, jego genomu, zdecydowanie lepiej jest, jeśli zarażony osobnik nigdzie nie biegnie, leży cicho pod najbliższym krzakiem i … ginie bez zakażania krewnych i nie uczestniczy już w rozmnażaniu. Taki jest cel programu wstrząsu septycznego.
Ale we współczesnym świecie osoba w ogóle nie potrzebuje takiego programu. Ponieważ mamy antyseptyki i antybiotyki.
I o starości
No cóż, dzielny czytelnik, który trzymał się tych wersetów, powie, powiedzmy, że sepsa to program. Ale na szczęście szok septyczny jest daleki od głównej przyczyny śmierci ludzi. Są inne, które są znacznie bardziej powszechne. A co one mają wspólnego z programami, genomami i powstaniem maszyn biologicznych?
Odpowiedź brzmi: czy wiesz, jaka jest najczęstsza przyczyna śmierci? Grozić 100% ludziom w wieku, powiedzmy, 20 lat? To jest biologiczne starzenie! To znaczy powolne i konsekwentne osłabianie funkcji organizmu wraz z wiekiem, nieuchronnie zwiększające prawdopodobieństwo śmierci. Tak więc autor należy do tych biologów, którzy uważają, że mamy wszelkie powody, by uważać starzenie się za wynik działania takiego programu genetycznego. W następnym wydaniu naszej bio-serii spróbuję przedstawić dowód tej śmiałej hipotezy, a nadzy mistrzowie ewolucji pomogą mi w tym.