Перед тем, как мы родились; когда еще даже не сформировался наш мозг, клетки в нашем теле были очень активными. Они постоянно расщеплялись, делились, дифференцировались, формируя строительные блоки, которые в конечном итоге станут разумным организмом.
Итак, наши клетки предшествуют нам - но они также переживут нас. Оказывается, даже после того, как для нас погаснет свет, они и дальше не сдаются. Некоторые из них будут жить еще дни и даже недели в мертвом теле. Что же, собственно, происходит в тех клетках, которые продолжают бороться? До сих пор никто не задал себе труда подробно это исследовать. Но теперь наконец-то появилось исследование, которое ставит много непростых вопросов и заставляет нас по-новому посмотреть на то, что такое смерть...
Выглядит так, что клетки не просто некоторое время живут после того, как организм умирает, а борются за жизнь. Активность некоторых генов после смерти резко возрастает. Клетка как будто чувствует, что с организмом случилось что-то ужасное, и судорожно мобилизует свои силы. Это похоже на астронавта, который вдруг теряет связь с Землей. Он начинает со всех усилий посылать радиосигналы, не зная, что ядерный апокалипсис уничтожил все живое.
Ученые, которые взялись исследовать эту генетическую активность post-mortem, считают, что она может играть важную роль для трансплантологии, генетических исследований и судебно-медицинской экспертизы. Но сперва им надо убедить коллег, что клеточная «жизнь после смерти» вообще стоит исследовать.
«Национальный институт здоровья, скорее всего, не даст вам на это грант. Это слишком необычно, разве нет?» — рассказывает один из авторов исследования, химик и генетик из Центра исследования рака «Город надежды» в Калифорнии Александр Пожитков.
Все началось в 2009 году, когда Пожитков работал в Институте эволюционной биологии Макса Планка в Германии. Именно там он получил шанс заниматься проектом, который обдумывал всю свою жизнь.
Для исследования Пожитков взял около 30 рыбок данио-рерио (эти тропические рыбки часто используют в исследованиях, ведь они имеют прозрачные эмбрионы, за которыми очень легко наблюдать). Он убил рыбок путем шокового погружения в ледяную воду, а затем поместил их в аквариум с температурой воды 27 градусов.
В течение следующих четырех дней он периодически вынимал тела рыбок из аквариума, замораживал их жидким азотом и анализировал их матричные РНК. Матричные РНК — это длинные нитевидные молекулы, которые транслируют ДНК в белки. Каждая ее полоса — это транскрипция какой секции ДНК. Позже Пожитков и его коллеги повторили этот эксперимент с мышами.
Когда коллега Пожиткова, биохимик из Вашингтонского университета Питер Нобель, покопался в данных о том, насколько активными матричные РНК становятся после смерти, несколько его удивило. Как у рыбок, так и у мышей трансляция генов в белки, как и ожидали, после смерти в целом снизилась. Однако количество матричных РНК указывала на то, что примерно в 1% генов наоборот сильно возросла.
Отдельные ученые, однако, раскритиковали результаты Нобеля и Пожиткова — сначала после того, как они появились на сервисе препринтов bioRxiv в 2016, а впоследствии после публикации в журнале Open Biology (2017). Основная критика касалась того, что они могли неправильно интерпретировать статистические показатели. Поскольку клетки отмирают с разным темпом поэтому возможно, транскрипции, зафиксированные в живых клетках, составляли только большую пропорцию всех транскрипций в целом, — говорит Питер Эллис, преподаватель молекулярной биологии в Кентском университете. Подумайте о транскрипции как о носках в ящике. Если вы потеряете некоторые красные носки, то белые, которые останутся в ящике, составят большую часть вашей коллекции носков. Но это не значит, что у вас увеличилось количество белых носков.
Впрочем, несколько последних публикаций доказывают, что что-то таки происходит в клетках, которые борются после того, как организм умирает. В одном из исследований, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые обнаружили сотни генов, экспрессия которых изменяется после смерти. Активность одних генов уменьшилась, зато других — увеличилась. Ген EGR3, который стимулирует рост, увеличил свою экспрессию через четыре часа после смерти. Некоторые другие гены метались туда-сюда, как, например, CXCL2, который кодирует белок-сигнализатор, который «призывает» белые кровяные тельца вместо воспаления или инфекции.
Эти изменения, однако, нельзя рассматривать исключительно как пассивный результат деградации транскрипций с разными темпами, то есть как будто красные носки, которые периодически терялись, — говорит ученый из Университета Порту (Португалия) Педро Феррейра. По его словам, произошло нечто такое, что активно регулировало экспрессию генов даже после смерти организма.
Когда организм умирает, самые важные клетки, требующие больше всего энергии, отходят первыми. Прощайте, нейроны. Но периферийные клетки, в зависимости от таких факторов, как температура окружающей среды или темп гниения, делают свое дело в течение дней и даже недель. В исследовании 2015 года ученые смогли получить культуры живых клеток из ушей козы аж через 41 день после того, как козу забили. Они добыли эти клетки из фибробластов, которые образуют соединительную ткань и потребляют относительно мало энергии. Для того чтобы они оставались живыми так долго, достаточно было обычного охлаждения. «Смерть организма не имеет значения на клеточном уровне», — говорит Эллис.
Но смерть организма, по меньшей мере является шоком для клеточного мира, ведь в результате смерти клеток прекращается доступ кислорода и питательных веществ. Так что же является причиной экспрессии генов уже после смерти? Это — открытый вопрос, но новая статья Нобеля и Пожиткова может содержать указатели.
Исследование, опубликованное на сервере bioRxiv, еще не прошло рецензирование, но на основе оригинальных данных эксперимента над данио-рерион и мышами Нобель установил, что матричные РНК, которые становятся активными после смерти, отличаются от других матричных РНК в клетках. Примерно 99% матричных РНК в клетках деградируют очень быстро, когда организм умирает, — говорит ученый. У остальных 1% есть что-то особенное, а именно-определенные структуры индивидуальных нуклеотидов, которые связываются с молекулами, регулирующими матричные РНК после транскрипции. Похоже, что это основная часть того, что заставляет эту биологическую машинерию работать после смерти.
Пожитков и Нобель утверждают, что этот механизм может быть частью реакции клеток на ситуацию, когда организм возвращается к жизни после, скажем, утопления. Клетки могут пытаться мобилизовать все свои ресурсы, стимулируя экспрессию тех генов, которые связаны с реакцией организма на стресс.
Эллис рассматривает это лишь как побочный эффект процессов, которые играют важную роль при жизни, но есть только симулякром после смерти. Но Феррейра видит здесь важные практические последствия. Некоторые генетические исследования проводят на образцах тканей, которые уже взяли с тела. Важно знать, как транскрипция меняется после смерти, что эти предсмертные корчи клеток не исказили результаты исследования.
Феррейра и его команда смогли установить время смерти индивида исключительно за изменениями в экспрессии генов. Теоретически это и метод может быть полезным во время, скажем, расследование убийства. Но его практическое использование еще пока выглядит маловероятным, ведь ученые проводили исследования в строго контролируемых лабораторных условиях. Все факторы, например, температура окружающей среды или состояние тела перед смертью, влияют на РНК. То есть технология еще очень далека от того, чтобы ее можно было использовать в правоохранительной системе.
Нобель и Пожитков, однако, имеют на уме и другие соображения. Органы, принимающие для пересадки, проводят как минимум некоторое время вне тела, поэтому РНК у них может начать отправку таких же сигналов стресса. Это может иметь долговременные последствия для здоровья человека. Известно, что люди, перенесшие трансплантацию, чаще болеют онкологическими заболеваниями, чем остальное население. Это связывают с препаратами-иммуносупрессорами, которые они вынуждены принимать. Но, может, причиной являются и посмертные процессы в органе?
Однако это предположение еще не имеет эмпирического подтверждения. Среди трансплантологов продолжаются дискуссии о том, что улучшает последствия трансплантации — замораживание органов или хранения их в теплых условиях накануне операции? Пока непонятно, действительно ли транскрипция РНК является аргументом в пользу теплого хранения.
Но исследования посмертной клеточной жизни сегодня находится на аппарате жизнеобеспечения. Нобель ищет новую академическую должность после того, как он оставил свою последнюю работу в Университете Алабамы. А Пожитков получает средства на другие исследовательские проекты. Однако оба ученых убеждены, что их результаты не стоит задвигать в долгий ящик капризной науки. Оба убеждены, что исследование нужно продолжить.Источник: "Sci"