Льюис Уолперт - Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем

• Название: Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем
• Автор: Льюис Уолперт
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-145-8

Что мы знаем о жизни клеток, из которых состоим? Скорее мало, чем много. Льюис Уолперт восполнил этот пробел, рассказав о клетках доступным языком, — и получилась не просто книга, а руководство для понимания жизни человеческого тела. Как клетки зарождаются, размножаются, растут и приходят в упадок? Как они обороняются от бактерий и вирусов и как умирают? Как злокачественные клетки образуют опухоли? Какую роль во всем этом играют белки и как структуру белков кодируют ДНК? Как воспроизводятся стволовые клетки? Как, наконец, из одной-единственной клетки развивается человек? И главный вопрос, на который пока нет однозначного ответа, но зато есть гипотезы: как появилась первая клетка — и значит, как возникла жизнь? Мир клеток, о котором рассказывается в этой книге, невероятен.

Льюис Уолперт (р. 1929) — известный британский биолог, популяризатор науки, телеведущий, почетный профессор Лондонского университета.

Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЗ, ст. 1, п. 2, пп. 3. Возрастных ограничений нет

---

Размножение вирусов внутри инфицированной клетки может привести к тому, что клеточная оболочка лопнет, клетка разорвется и из нее наружу будет выброшено множество новых вирусов, которые станут заражать соседние клетки. Так происходит, когда мы простужаемся, — существует около сотни вирусов, вызывающих простуду. Вирус простуды предпочитает инфицировать клетки, выстилающие носовые и дыхательные пути. Обычные для простуды симптомы, такие, как жар, головная боль и усталость, вызываются веществами, которые выделяют инфицированные клетки. Впрочем, эти вещества не причиняют вреда тканям организма.

В отличие от вируса, вызывающего обыкновенную простуду, вирус гриппа способен наносить вред тканям; поэтому сопровождающие грипп болезненные симптомы не являются следствием лишь одной воспалительной реакции организма на вирус. В тяжелых случаях грипп может привести к воспалению легких. До начала XX века воздействие вируса гриппа на людей было относительно мягким, однако затем появились новые его разновидности. Одна из них вызвала эпидемию 1918 года, которая унесла жизни более 40 миллионов человек по всему миру — больше, чем погибло за всю Первую мировую войну. Этот вирус провоцировал иммунную систему организма на чрезмерную реакцию: сигналы, которые призывали клетки иммунной системы к месту заражения, оказывались настолько сильными, что место заражения начинало буквально кишеть клетками иммунной системы, из-за чего дыхательные пути блокировались и разрушались ткани.

Гены некоторых вирусов записаны не в ДНК, а в РНК. Когда такие вирусы проникают внутрь клеток, то их РНК преобразуется в ДНК, и эта ДНК начинает синтезировать белки, из которых образуются новые вирусы. Так происходит с вирусом СПИДа, гены которого закодированы в РНК; образующаяся на ее основе ДНК может скрываться в ДНК хозяйской клетки, находящейся в хромосоме. Это затрудняет борьбу с ней при помощи антивирусных препаратов. Еще один пример вируса на базе РНК — вирус бешенства. Он размножается в клетках мышц и в нервных окончаниях и по нервам мигрирует в центральную нервную систему, вызывая схожие с гриппом симптомы, которые могут привести к частичному параличу, деменции (слабоумию) и даже к смерти.

Антивирусные препараты действуют на болезнетворные штаммы вирусов — они связываются либо с находящимися на клеточной оболочке рецепторами (с ними вступает в контакт сам вирус, когда пытается проникнуть в клетку), либо с той частью оболочки вируса, которая контактирует с клеточной оболочкой; в обоих случаях вирус теряет способность проникнуть в клетку. Но к сожалению, вирусы и бактерии в состоянии вырабатывать сопротивляемость лекарствам. Бактерии даже способны обмениваться между собой генетической информацией путем передачи генов и за счет этого передавать невосприимчивость к антибактериальным препаратам новым поколениям бактерий. Соединение двух бактерий с передачей через это соединение ДНК со стороны похоже на примитивный половой акт.

Неправильное использование антибиотиков помогает вредоносным бактериям вырабатывать защиту от действия лекарств. Если не соблюдать должный уровень дозировки антибактериального препарата, то можно довести дело до того, что бактерии, имеющие мутации в сторону повышенной сопротивляемости, получат шанс выжить и, следовательно, передать свои качества новым бактериям, которые разовьют их еще больше. Вот почему так важно продолжать принимать предписанную дозу антибиотиков даже тогда, когда вы уже почувствовали себя лучше: необходимо уничтожить всех нежелательных пришельцев, проникнувших в организм.

Существуют также вредоносные организмы, не являющиеся ни бактериями, ни вирусами. Малярия — инфекционное заболевание, распространенное в тропических и субтропических регионах, ежегодно поражает от 300 до 500 миллионов человек, проживающих в Африке к югу от Сахары, и вызывает от одного до трех миллионов смертных случаев в год, в основном среди детей. Эта болезнь вызывается укусом комара, который впрыскивает в кровь одноклеточного паразита, живущего в комарином кишечнике. Эти паразиты размножаются внутри красных кровяных телец, уничтожая их и вызывая различные болезненные симптомы — анемию, жар, озноб, рвоту.

Мутация гена, кодирующего синтез гемоглобина в красных кровяных тельцах, способна защитить от развития малярии. Процент содержания такого гена намного выше у людей, живущих в тех районах, где малярия является эндемическим заболеванием. Люди, в организме которых есть мутировавший ген (не важно, от кого он достался — от отца или от матери), известный как ген серповидной анемии, имеют пониженный уровень гемоглобина в крови, однако при этом они живут нормальной жизнью и, главное, малярией болеют редко. В то же время люди, в организме которых присутствует не один, а сразу два гена серповидной анемии — и отцовский, и материнский, — страдают от анемии и редко доживают до наступления половой зрелости.

К повышенному иммунитету от заболеваний малярией ведет и еще один вид генных мутаций, который одновременно вызывает расстройство работы кровеносной системы, — эта болезнь известна как талассемия.

В начале 1980-х годов по Великобритании распространилась паника после того, как довольно большое число людей заболело, а некоторые умерли от последствий инфекции, которая прежде встречалась крайне редко. Болезнь вела к деградации мозговых тканей и напоминала симптомами и течением коровье бешенство. Ученые пришли к выводу, что по крайней мере часть заболевших ела мясо, зараженное возбудителем коровьего бешенства.

Микроскопический возбудитель, вызывающий это заболевание, весьма примечателен. Его нельзя отнести к вирусам обычного типа, поскольку он не содержит нуклеиновых кислот, а лишь одни белки. Такого рода микроорганизмы называют прионами; они не только вызывают заболевания, ведущие к разрушению нервной системы, но и вовлечены в длительные процессы воспроизводства красных кровяных телец. Белок приона присутствует в качестве обычного безопасного белка во многих наших клетках. Полагают, что он становится вредоносным и начинает неконтролируемо размножаться только в том случае, если по каким-то причинам его структура меняется, то есть происходит мутация.

Эволюция не позволяет себя обмануть. Наши клетки за время эволюции обзавелись отличной оборонительной системой, известной как адаптивная иммунная реакция, которая включается после того, как отработает врожденная иммунная система. Целью этой реакции является уничтожение вторгшихся инородных тел — бактерий и вирусов, а также вредоносных токсинов, которые те производят. Иммунная система вырабатывает особые белки — антитела, способные связываться с инородными молекулами, которые именуются антигенами. Связывание антител с антигенами приводит к уничтожению антигенов и тех клеток, к которым прикреплены антигены, на самой ранней стадии их существования.

Именно адаптивная иммунная система является основной защитой от всех окружающих человека инфекций. Она может спасти от смерти, которой грозит инфекция, и, что очень важно, вырабатывает иммунитет, способный защитить нас от всех будущих нападений этого вредоносного микроорганизма.

Поскольку клетки нашей адаптивной иммунной системы атакуют гигантское многообразие инородных клеток и молекул, они должны принимать особые меры предосторожности, чтобы не навредить при этом нормальным клеткам собственного тела. Они обязаны в любой момент различать своих и чужих. Иммунная система также не должна атаковать полезные инородные тела — например, молекулы пищи и полезные бактерии, которые живут в кишечнике и помогают переваривать пищу. Когда же вследствие какого-либо сбоя клетки адаптивной иммунной системы ошибаются, развивается аутоиммунная болезнь, при которой антитела атакуют органы собственного тела. Но к счастью, так происходит нечасто — в действительности умение клеток различать своих и чужих просто поразительно.

За адаптивный иммунитет отвечает особый класс белых кровяных телец — лимфоциты. В нашем теле содержится примерно столько же лимфоцитов, сколько и нервных клеток, — то есть миллиарды. Лимфоциты начинают действовать только тогда, когда врожденная иммунная система активизируется из-за вторжения инородных микроорганизмов, которые ищут для себя в теле человека удобное убежище с богатой питательной средой. Лимфоциты адаптивной иммунной системы способны узнавать весьма специфические признаки отдельных вредоносных микроорганизмов и деятельно атаковать незваных пришельцев.

Существует два основных типа лимфоцитов. В-лимфоциты вырабатывают антитела — белки, способные распознавать чужеродные антигены, а затем помечать их особым химическим кодом, чтобы в дальнейшем они были уничтожены другими клетками. Т-лимфоциты защищают тело, убивая инфицированные клетки организма или же побуждая инфицированные клетки освободиться от инфекции. Кроме того, они помогают В-лимфоцитам вырабатывать антитела.