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

---

Надо учитывать и еще одно обстоятельство: когда на опухоль оказывают воздействие радиацией или противораковыми препаратами, то это может повредить не только раковые, но и нормальные клетки. При этом ген р53 устремится к нормальным клеткам с тем же энтузиазмом, что и к раковым, и, не дав им восстановиться, добьется в конечном счете их гибели. Поэтому ученые пытаются найти способ в этих случаях как-то отключать ген р53. С другой стороны, крайне полезным было бы научиться активизировать ген р53, чтобы он избирательно боролся именно с раковыми клетками. Последние исследования на мышах показали, что усиление активности гена р53 в опухолях может приостановить рост опухоли и даже заставить ее рассосаться.

Есть предположение, что неконтролируемое деление раковых клеток связано с наличием повторяющихся участков ДНК на концах их хромосом — уже упоминавшихся теломер. В большинстве клеток теломеры укорачиваются при каждом последующем делении клетки, поскольку отсутствует энзим теломераза, способный вновь удлинять их; когда теломеры окончательно исчезают, клетка лишается возможности делиться. Это объясняет то, почему клетки, помещенные в искусственную питательную среду, имеют ограниченные возможности для деления — ведь они не способны восстанавливать прежнюю длину теломерных участков. Раковые же клетки выделяют теломеразу, благодаря чему после каждого деления длина теломерного участка полностью восстанавливается. Вполне возможно, что некоторые виды рака порождены клетками, которые лишились своих теломер, но затем вновь обрели возможность вырабатывать теломеразу, что позволило теломерным участкам отрасти вновь, а значит — вернуло этим клеткам способность делиться.

Вторжение раковых клеток из первоначальной раковой опухоли в другие органы и ткани известно под названием метастазов; это одно из наиболее опасных для человека проявлений активности раковых клеток. Когда они проникают в чужие ткани, находящиеся на некотором расстоянии от места первоначальной раковой опухоли, то первым делом начинают конкуренцию с находящимися там здоровыми клетками за доступ к кислороду и питательным веществам. Как правило, победа оказывается за пришельцами, которые выделяют энзимы, разрушающие ткани вокруг себя, — в результате здоровые клетки повреждаются и погибают. Даже маленькие раковые опухоли способны производить миллион новых клеток в день, и это при нацеленности на дальнейшее распространение. Благодаря этому они достигают кровеносных сосудов, откуда получают вещества, необходимые для роста. Кроме того, раковые клетки выделяют вещества, которые заставляют кровеносные сосуды тянуться к ним.

Чтобы обрести способность к перемещению за пределы первоначальной опухоли, раковые клетки должны освободиться от плотной связки с соседними клетками. Для этого требуется разрушить те молекулы, которые сцепляют их воедино. К тому же раковые клетки, выросшие в слое ткани, не способны перемещаться и мигрировать по организму; для того чтобы передвигаться, им необходимо изменить свои свойства.

Когда нормальная клетка перемещается и встречает на своем пути другую клетку, она перестает вытягиваться в передней части и приостанавливается. Это называется контактной задержкой движения. У раковых клеток нет подобных сдерживающих факторов, и поэтому они перемещаются по организму и добираются до его самых удаленных уголков — особенно быстро это происходит с кровью, если им удается проникнуть в кровеносный сосуд. При этом, когда раковая клетка в своем движении достигает узкого кровеносного капилляра, она вынуждена пробиваться сквозь его стенку. Иногда это ей не удается. Но в путешествиях по телу участвует слишком много злокачественных клеток, и многим из них удается преодолеть все барьеры на своем пути.

Наиболее часто встречается рак груди, легких и кишечника. Нередки раковые опухоли на коже — каждый год в мире регистрируется несколько миллионов подобных случаев. Особой формой рака кожи является меланома, которая развивается из имеющихся на коже пигментных клеток. Эти пигментные клетки зарождаются в области формирующегося нервного гребешка еще на самых ранних стадиях развития эмбриона и затем мигрируют в область кожного покрова, где играют ключевую роль в предохранении нашей кожи от воздействия солнечной радиации и, следовательно, защищают человека от рака кожи. Однако — и в этом состоит горькая ирония — из этих же клеток, в случае их мутаций, может развиться рак. Мутации приводят к разрушению их связей с соседними клетками. И как только пигментные клетки обнаруживают, что плотное кольцо вокруг них исчезло, они начинают безудержно размножаться. Изредка все ограничивается появлением обширных пятен на коже, но куда чаще образуется раковая опухоль, которая распространяется по поверхности кожи и может прорасти внутрь тела.

Есть данные, что такая реакция организма, как воспаление, благоприятствует раку. Ответственность за это несет наша врожденная иммунная система — в то время как более совершенная адаптивная иммунная система отчаянно бьется с раковыми клетками, отправляя на борьбу с ними антитела. Дело в том, что врожденная иммунная система в некоторых случаях воспринимает раковую опухоль как орган, который нуждается в поддержке; отдельными клетками раковая опухоль расценивается даже как рана, которая никак не залечивается. В результате в процесс вовлекаются макрофаги, которые патрулируют тело в поисках незваных пришельцев и теоретически способны убивать раковые клетки. Но в данном случае обманутые раковыми клетками макрофаги начинают вырабатывать химические вещества, способствующие росту опухоли. Более того, вещества, вырабатываемые клетками, поддерживающими воспалительные процессы, побуждают раковые клетки мигрировать в другие части тела и способствуют возникновению метастазов.

12. Как возникают болезни

Когда клетки ведут себя ненормально

Какими бы умными и надежными ни были наши клетки, порой и в их действиях, как видно из предыдущей главы, случаются сбои. Клетки ведут относительно стабильную жизнь и адаптируются к небольшим естественным изменениям в окружающей их среде, однако они подвержены разного рода воздействиям. Причины многих болезней коренятся в том, что клетки повреждаются и начинают вести себя ненормально.

Мы уже рассматривали последствия воздействия на клетки инфекций в виде бактерий и вирусов и разбирали механизм возникновения рака. Сейчас же мы обратимся к другим заболеваниям, возникающим вследствие разнообразных ошибок и сбоев в деятельности клеток. Многие из таких сбоев происходят из-за генных мутаций. Они могут приводить к возникновению различных заболеваний, от фиброза до дистрофии мышц. Однако при этом обычная последовательность «мутации — болезнь» ясно прослеживается далеко не всегда.

Ошибки, совершенные лишь одним-двумя членами большого коллектива, способны оказать отрицательное влияние на его деятельность в целом. Так, функционирование человеческого организма может быть нарушено из-за сбоев в доставке крови по кровеносным сосудам. Ведь именно кровь доставляет в клетки питательные вещества и кислород, в которых они постоянно нуждаются. Даже кратковременное приостановление снабжения может иметь для клеток печальные последствия.

Уменьшение уровня кровоснабжения вызывает анемию, приводит к чувству усталости. Люди с ярко выраженной степенью анемии испытывают трудности с дыханием. Слабое кровоснабжение — вследствие нехватки кислорода — ведет к уменьшению выработки АТФ митохондриями. Если это происходит в сердечной мышце, то клетки не могут из-за этого правильно сокращаться, и это влияет на работу сердца. Тяжелая анемия увеличивает нагрузку на сердце, следствием чего становится сильное сердцебиение, а в отдельных, сложных случаях даже может произойти остановка сердца.

Нехватка АТФ также ведет к тому, что система вывода натрия из клетки через ее оболочку работает на пониженном уровне. При этом ионы натрия и молекулы воды продолжают поступать в клетку, и это заставляет ее разбухать, что вызывает дезорганизацию других функций клетки, и прежде всего синтез белков. Правда, эти изменения обратимы — при условии, что в клетку вскоре вновь начнет поступать кислород, а митохондриям и клеточной оболочке за время «голодания» не был нанесен слишком большой ущерб.

К резкому снижению уровня снабжения клеток кислородом ведут нарушения в работе красных кровяных телец, и особенно негативные изменения в молекулах гемоглобина. Уже упоминалось такое заболевание, как серповидная анемия, при которой красные кровяные тельца теряют гибкость и с трудом проходят сквозь мелкие капилляры. Причина этих изменений кроется в мутации гена, ответственного за синтез гемоглобина, что ведет к изменению строения и структуры одной аминокислоты в составе гемоглобиновой молекулы. Из-за этого вся молекула приобретает совсем иную структуру, которая деформирует красные кровяные тельца. Это — один из наиболее очевидных примеров того, как мутация может оказать сильнейшее воздействие на организм, поскольку в данном случае речь идет о непосредственном и прямом влиянии мутации, а не о сложной и длительной цепочке взаимодействия между мутациями и вызываемыми ими явлениями.