Александр Уголев - Естественные технологии биологических систем

• Название: Естественные технологии биологических систем
• Автор: Александр Уголев
• Жанр: Биология

Книга посвящена концепции естественных технологий живых систем на различных уровнях организации последних и изложению доказательств, позволяющих преодолеть противопоставление естествознания и технологии. Эта концепция обосновывается на примере наиболее важных процессов в живых системах, их эволюции и происхождения. Охарактеризованы некоторые закономерности, которые могут быть интерпретированы как общие для естественных технологий живой природы и производственных технологий. Показано, что такие подходы плодотворны для понимания биологии в целом, процессов, протекающих в живых системах различной сложности, взаимодействий естественных и производственных технологий, в частности в медицине, экологии, питании и т.д. Библиогр. 196 назв. Ил. 48. Табл. 19.

На обложке: «Рука творца». Скульптура Огюста Родена (Париж, музей О. Родена).

---

Вопрос. Существуют ли механизмы, обеспечивающие тонкие адаптивные перестройки на основе универсальных функциональных блоков?

Ответ. Изменение соотношений различных функциональных блоков уже само по себе обеспечивает возможность широкого спектра адаптивных перестроек системы, состоящей из таких блоков. Например, при изменении распределения нескольких блоков в различных частях клетки ее функции могут меняться от секреторной к всасывательной; клетка может обеспечивать увеличение избирательного транспорта одних веществ на фоне уменьшения других и т.д. Однако в настоящее время очевидно, что существует несколько дополнительных механизмов, которые позволяют получать эффекты «подгонки» молекулярных машин. Один из таких механизмов — система процессингов уже готовых синтезированных функциональных блоков. Это достигается несколькими путями. Один из наиболее распространенных — введение в белковые структуры углеводных цепей, которое осуществляется в аппарате Гольджи. Именно от углеводных компонентов белка зависят многие особенности, в том числе видовые и органные. Это было продемонстрировано, в частности, для мембранных ферментов клеток почечных канальцев, а также для щеточнокаемных ферментов тонкой кишки новорожденных и взрослых животных.

Вопрос. Существуют ли различия между представлениями о функциональных блоках, доменах, модулях, функциональных единицах, структурно-функциональных единицах и т.д.?

Ответ. Ранее неоднократно отмечалось, что в основе организации функций и процессов в живых системах лежит фундаментальный принцип блочности. Естественно, что этот принцип так или иначе проявляется в различных исследованиях и описывается под разными терминами, в частности под упомянутыми выше. Функциональные блоки универсальны, но могут участвовать в различных процессах. Например такие, казалось бы, далекие процессы, как осморегуляция у рыб и проведение нервного импульса у млекопитающих, реализуются идентичными функциональными блоками.

Принцип блочности справедлив как для субклеточного и клеточного уровней, так и для более высокого уровня организации, например для организма или надорганизменных систем. Можно говорить о функциональных блоках различных порядков, но можно давать им различные названия. Так, относительно недавно было продемонстрировано, что фермент состоит из блоков или, как их часто называют, модулей, или доменов (см. гл. 2).

Вопрос. Обязательны ли побочные эффекты лекарственных препаратов в свете новейших достижений фармакологии?

Ответ. Побочные эффекты лекарственных веществ — крайне неприятное следствие универсальности функциональных блоков. Побочные эффекты, например, сердечных препаратов на почки, пищеварительный аппарат или нервную систему отражают тот простой факт, что сходные функциональные блоки в больших или меньших количествах локализованы в клетках всех типов. Новые находки подтверждают эту точку зрения. Так, недавно (Science. 1985. Vol. 228. P. 337—339) было показано, что циклоспорин А, один из наиболее мощных иммуносупрессивных агентов, необходимых для предупреждения отторжения пересаженных органов (сердца, почек, печени и т.д.), служит одновременно чрезвычайно эффективным средством против многих заболеваний. К таким заболеваниям относятся не только аутоиммунные, но и инфекционные болезни, например малярия и шистосомиаз. Последнее затрагивает около 1 млрд. человек. В основе такого широкого спектра действия циклоспорина А лежит его взаимодействие с кальмодулином. Если это так, то ясно, что указанный агент действует не только на лимфоциты, но и на все клетки и ткани организмов самых различных групп, поскольку присутствие у них кальмодулина доказано (см. гл. 5). Однако чувствительность к этому агенту у разных организмов, тканей и клеток отличается во много раз или даже порядков.

Естественные технологии и трофология

Вопрос. Может быть, теорию сбалансированного питания, сыгравшую столь выдающуюся положительную роль в рационализации питания человека и кормления животных, следует модернизировать, а не заменять теорией адекватного питания?

Ответ. Классическая теория ни в коей мере не отменяется. Ее важнейшее положение о соответствии расхода и поступления необходимых пищевых веществ в организм полностью входит в новую теорию адекватного питания. Но этот постулат — лишь один из ряда постулатов новой теории. Действительно, основу последней составляют как балансный подход к оценке пищи и режима питания, так и представления о питании как о системе надорганизменных процессов, включающих макроорганизи и определенную сложную микрофлору его желудочно-кишечного тракта; о взаимодействии нутритивного, регуляторного и токсического потоков из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма; об эволюционной адаптированности к определенным типам пищи и питания, а не только к соответствующим типам нутриентов, и т.д. Наконец, теория адекватного питания является технологичной.

Развитие комплекса паук о пище и питании, в том числе и их клинических аспектов, привело к тому, что эти две теории дают различные предсказания. Вот некоторые примеры этому.

1.    Согласно новой теории, прямое (парентеральное) питание невозможно, так как длительное введение даже максимально оптимизированного набора пищевых веществ в кровь приводит к серьезным нарушениям организма. Эти нарушения зависят, в частности, от изменений эндоэкологии и связаны с дефектами деятельности бактериальной флоры желудочно-кишечного тракта. Парентеральное питание нарушает также поступление во внутреннюю среду организма гормонов пищеварительного аппарата, продукция которых тесно связана с процессами переработки и всасывания пищевых веществ.

2.    В последнее время все большее применение получает так называемое энтеральное питание с помощью тонких зондов, вводимых через нос в желудок или в тонкую кишку. Можно думать, что сейчас медицина вступила в эру энтерального питания. Казалось бы, что при таком типе питания наиболее удобно (а с позиций теории сбалансированного питания и оправданно) введение продуктов, непосредственно пригодных к всасыванию. Однако исследования на животных и особенно на человеке показали, что близкая к естественной полимерная пища более целесообразна, чем пища, состоящая из готовых конечных продуктов переваривания — мономеров. Кроме того, оказалось необходимым добавление балластных веществ, которые служат не только механическим фактором, но и чрезвычайно важны для адсорбции на них ряда эндогенных и экзогенных веществ, а также для их транспортировки вдоль тонкой кишки (см. гл. 3).

3. Нередко подчеркивается, что теория сбалансированного питания — основа эффективного кормления многих сельскохозяйственных животных. Это действительно так, но с рядом оговорок. В пищу ряда сельскохозяйственных животных вводятся компоненты, которые обеспечивают ее адекватность, т.е. максимально благоприятное протекание всех процессов переваривания, всасывания, микробной переработки и т.д., а не только соответствие между составом вводимых и теряемых веществ.

Ясно, что все приведенные факты и аргументы служат в пользу не классической, а новой теории.

Вопрос. Не преувеличено ли значение регуляторных факторов в процессе питания?

Ответ. По-видимому, важность регуляторных факторов в питании не преувеличена, так как поток гормонов и других физиологически активных веществ из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма необходим для усвоения поступающих пищевых веществ. Можно ограничиться лишь одним примером (в дополнение к тому, что сказано выше). Хорошо известно, что усвоение глюкозы контролируется, в частности, инсулином. Сейчас твердо установлено, что при прохождении через желудочно-кишечный тракт (т.е. до всасывания) простые и отчасти сложные углеводы стимулируют инсулярный аппарат через посредство некоторых гормонов, продуцируемых эндокринными клетками пищеварительного аппарата. Наконец, есть определенные основания думать, что нарушения обмена веществ при старении организма связаны с дефектами регулирующих влияний желудочно-кишечного тракта.

Что касается роли активных веществ, поступающих извне, то, по всей вероятности, она значительно больше, чем предполагалось до настоящего времени. Сейчас накапливается обширная информация относительно того, что общее состояние организма, его эмоциональный статус и т.д. зависят от поступления в организм предшественников многих гормонов и медиаторов, в частности от содержания в пище различных аминокислот, предшественников катехоламинов, серотонина и т.д.

Вопрос. Не являются ли представления о нутритивной культуре, или культуре питания, новым выражением современных взглядов на диеты и рациональное питание?