Лекарство от наследственных болезней будут выделять из паразитического
Индийские ученые показали, что белковый комплекс RIC, выделенный из одноклеточных паразитических жгутиконосцев лейшманий, нормализует обмен веществ в клетках людей, страдающих тяжелыми наследственными заболеваниями — так называемыми «митохондриальными болезнями», вызванными мутациями митохондриальных генов. Механизм действия RIC состоит в перекачивании из цитоплазмы в митохондрии продуктов тех генов, которые в митохондриальном геноме испорчены, а в центральном (ядерном) геноме — нет.
Примитивные одноклеточные паразиты лейшмании, возможно, вскоре станут спасителями многих людей, страдающих тяжелыми наследственными заболеваниями (фото с сайта www.uni-tuebingen.de)
Митохондрии, маленькие «энергетические станции», обеспечивающие энергией клетки всех эукариот, когда-то были симбиотическими бактериями. В те далекие времена (по разным оценкам, от 1,5 до 3,0 млрд лет назад) их единственная кольцевая хромосома кодировала сотни белков. Вскоре, однако, большая часть митохондриальных генов была перенесена в центральный геном, находящийся в клеточном ядре. Сделано это было, скорее всего, с целью более эффективного контроля над симбионтом и централизации управления симбиотическим комплексом.
Большинство белков, необходимых для функционирования митохондрий, с тех пор попадает в митохондрии извне. Некоторые гены, однако, так и не удалось перенести в ядро — вероятно, из-за того, что кодируемые ими белки очень трудно протащить сквозь мембраны митохондрий. У человека, например, митохондриальная хромосома кодирует всего лишь 13 белков, но все эти белки — жизненно важные. Это ключевые компоненты системы клеточного дыхания, той самой, что обеспечивает нас энергией, окисляя органические вещества при помощи кислорода (список этих белков и всю информацию по ним можно получить здесь).
Кроме того, митохондриальная хромосома человека кодирует 43 транспортных РНК (тРНК), которые необходимы для синтеза этих самых 13 белков. Транспортные РНК преобразуют генетическую информацию, записанную в виде последовательности нуклеотидов, в последовательность аминокислот белковой молекулы.
Это выглядит несколько неэкономно, поскольку точно такие же (если не по строению, то по функции) тРНК кодируются и ядерным геномом. Они обеспечивают синтез всех остальных белков в клетке, кроме тринадцати митохондриальных. Казалось бы, раз уж почти все гены митохондрий перешли в ядро и налажен транспорт продуктов этих генов из цитоплазмы в митохондрию, то можно было поступить точно так же и с митохондриальными тРНК. Почему-то, однако, далекие предки нынешних эукариот этой проблемой не озаботились. Так с тех пор и повелось: в митохондриях свои тРНК, в цитоплазме свои. Как говорится, работает — и ладно.
Впрочем, некоторые эукариоты все-таки сумели наладить импорт отдельных типов тРНК из цитоплазмы в митохондрии. Наиболее эффективная и универсальная белковая система, обеспечивающая такой импорт, обнаружена у очень примитивных паразитических одноклеточных эукариот — лейшманий, возбудителей нескольких очень неприятных заболеваний ( лейшманиозов). Как теперь выяснилось, это эволюционное достижение лейшманий может оказаться спасительным для многих людей, страдающих тяжелыми наследственными заболеваниями.
Дело в том, что митохондриальная хромосома имеет повышенную скорость мутирования. Известно множество так называемых «митохондриальных болезней», неизлечимых наследственных патологий, передающихся по материнской линии и обусловленных мутациями в генах митохондриальных тРНК. У таких больных синтез белков в митохондриях сильно замедлен или происходит с многочисленными ошибками. Дефектные белки не справляются со своей главной задачей — обеспечением клеток, в первую очередь мышечных, необходимой энергией. Это приводит к патологическим изменениям в мышцах, судорожным припадкам и т. д. Врачи до сих пор не имеют в своем распоряжении эффективных средств, позволяющих облегчить страдания таких пациентов.
Индийские биологи из Института химической биологии (Indian Institute of Chemical Biology, Calcutta) сообщили в последнем номере журнала Science о замечательном достижении: им удалось показать, что белки лейшмании, предназначенные для транспортировки цитоплазматических тРНК в митохондрии, отлично справляются со своей работой и в человеческих клетках. Нормальные, «неиспорченные» цитоплазматические тРНК попадают в митохондрии и берут на себя работу своих дефектных митохондриальных «коллег».
Исследователи работали с культурами человеческих клеток, несущих мутации в генах митохондриальных тРНК. Выделенный из лейшманий белковый комплекс RIC (RNA import complex), помеченный флуоресцирующей меткой, после добавления в культуру человеческих клеток сначала обнаруживался только на их поверхности, затем в цитоплазме и, наконец, концентрировался на наружных мембранах митохондрий. Как выяснилось, клетки человека сами «заглатывают» этот белковый комплекс при помощи одного из имеющихся у них механизмов эндоцитоза.
Прикрепившись к наружной поверхности митохондрий, комплекс RIC начинает перекачивать в митохондрии цитоплазматические тРНК. В тех клетках, которые несут митохондрии с мутантными генами тРНК, это приводит практически к полному «выздоровлению»: в митохондриях нормализуется скорость синтеза белка и перестают накапливаться аберрантные, «испорченные» белки. Дыхательная функция полностью нормализуется у 80% клеток. Какие-либо побочные эффекты от введения RIC обнаружены не были, клетки продолжали нормально жить, расти и делиться. Разумеется, речь пока идет только об экспериментах в культуре клеток. Как перенести этот способ лечения митохондриальных болезней на целый организм, пока не ясно. Это отдельная очень сложная задача.
Источник: Bidesh Mahata, Saikat Mukherjee, Sumita Mishra, Arun Bandyopadhyay, Samit Adhya. Functional Delivery of a Cytosolic tRNA into Mutant Mitochondria of Human Cells // Science. 2006. V. 314. P. 471-474.
Лекарство против пьянства
Подопытные крысы, имеющие постоянный доступ к алкоголю, перестали его употреблять после введения им новой смеси. Ученые из мельбурнского Института имени Говарда Флори нашли способ положить конец тяге алкоголиков к спиртному. Австралийские исследователи под руководством Эндрю Лоренса создали смесь, которая блокирует эйфорический эффект действия орексина. Ученые считают, что их работа может привести к созданию препаратов, блокирующих орексин.
Ученые из мельбурнского Института имени Говарда Флори нашли способ положить конец тяге алкоголиков к спиртному. Недавно они обнаружили, что можно отключать тягу человека к алкоголю в результате блокирования работы орексиновой системы мозга.
Клетки орексина очень активны в небольшом участке мозга – гипоталамусе, который отвечает за эмоции, а также половую и пищевую активность. И именно орексин играет ключевую роль в эффекте опьянения после употребления алкоголя или наркотиков. Австралийские исследователи под руководством Эндрю Лоренса создали смесь, которая блокирует эйфорический эффект действия орексина.
Ученые проверили действие препарата экспериментальным путем, в ходе которого подопытные крысы, имеющие постоянный доступ к алкоголю, перестали его употреблять после введения им новой смеси, сообщает BBC.
Другой эксперимент – крысы сначала прошли курс детоксикации, затем им ввели блокирующую смесь и вернули в обстановку, связанную с употреблением алкоголя. По окончании эксперимента выяснилось, что после такого «лечения» крысы теряют интерес к алкоголю в любой обстановке.
По словам ученых, орексин усиливает эйфорию, возникающую при употреблении алкоголя или наркотиков. «Так что если разработать препарат, который будет блокировать систему орексина в человеческом организме, мы сможем одолеть тягу к алкоголю и предотвратить рецидивы среди прошедших реабилитацию», – говорит доктор Лоренс.
Кроме того, поскольку работа орексиновых клеток связана с контролем аппетита, регулирующие ее функции лекарства можно будет использовать при лечении таких расстройств, как булимия или анорексия. Австралийские ученые считают, что их работа может привести к созданию препаратов, блокирующих орексин.
С другой стороны, главный психолог британского Национального центра по изучению пристрастий Боб Пэттон отметил, что «результаты этого предварительного исследования, несомненно, интересны, однако необходимы более серьезные испытания, чтобы понять, будет ли этот метод работать в сложном человеческом мозге».
Проблема алкоголизма актуальна во многих странах, включая Великобританию и Россию. В Британии смертельные случаи от отравления алкоголем и болезни, связанные с его употреблением, превратилось в национальную проблему. Количество смертельных случаев в 2005 году увеличилось в 2 раза по сравнению с данными на 2001 год. В России же ежегодно от отравления некачественным алкоголем умирают почти 42 тыс. человек. В июне 2006 года министр внутренних дел РФ Рашид Нургалиев назвал масштабы отравления суррогатным алкоголем национальной трагедией.
У женщин появилась надежда в борьбе против рака
Ведущим специалистом в области женских онкологических заболеваний, доктором Джорджем Коукосом (George Coukos) из Университета Пенсильвании, США, была разработана уникальная вакцина, которая поможет спасти многих пациенток от рака груди и рака яичников. Данные заболевания являются самыми распространенными, из тех, что представляют угрозу для здоровья женского организма, на сегодняшний день.
По словам самого разработчика, вакцина является первым препаратом подобного двустороннего действия. На данном этапе лекарство находится на стадии клинических испытаний с целью окончательно установить безопасность и эффективность вакцины против смертельного рака.
Как заявляют эксперты, новая вакцина разработана специально для того, чтобы "переучить" иммунную систему, наделив ее способностью сопротивляться канцерогенным клеткам. "Новое исследование находится на начальных стадиях", - отмечает доктор Коукос. - "В ходе данного анализа обследование пройдут тридцать женщин с раком яичников, что позволит детально протестировать новую вакцину". Как пояснили разработчики вакцины, лекарство основано на использовании клеток опухоли пациента. Взятые у больного, клетки затем вводятся в собственные дендритные клетки больного, которые, как известно, в ответе за работу иммунной системы человеческого организма.
В ходе исследования проходит тестирование препаратов DCVax-L и DCVax-L "primed", которые добавляются в молодые клетки иммунной системы. Ученые также пытаются выяснить, какой из данных препаратов окажется наиболее эффективным.
Источник : www.healthua.org
Открыт новый вирус рака кожи
Американские ученые открыли неизвестный ранее вирус, который, предположительно, является причиной одной из наиболее опасных форм рака кожи – рака из клеток Меркеля. Новый вирус, получивший название полиомавирус клеток Меркеля (Merkel cell polyomavirus, MCV), присутствует в 80% опухолей этого типа, сообщает журнал Science.
Клетки Меркеля располагаются в глубоких слоях эпидермиса кожи и считаются ответственными за тактильную чувствительность. Рак из клеток Меркеля является агрессивной злокачественной опухолью кожи, поражающей преимущественно пожилых людей и пациентов с ослабленным иммунитетом, в частности больных СПИДом, а также перенесших трансплантацию органа. Причина заболевания неизвестна.
Ученые из Института рака при Университете Питтсбурга (University of Pittsburgh Cancer Institute) исследовали образцы тканей опухоли из клеток Меркеля и обнаружили чужеродную ДНК, интегрированную в собственный геном опухоли. Руководитель исследования Патрик Мур (Patrick Moore) и его коллеги определили, что ДНК принадлежит неизвестному ранее вирусу из рода полиомавирусов. Указанный вирус удалось выделить в 8 из 10 (80%) образцов ткани раковой опухоли из клеток Меркеля и в 5 из 59 (8%) контрольных образцов тканей, взятых из различных участков тела здоровых людей.
По мнению ученых, вирус может являться одним из основных факторов, провоцирующих рост опухоли. Они предполагают, что вирус может синтезировать белок, способствующий росту опухоли, либо воздействовать на ген, сдерживающий рост опухоли.
«Полученные нами данные могут стать основой для диагностического теста или привести к созданию вакцины, которая поможет в лечении болезни и ее профилактике», - сообщил Патрик Мур. Между тем, ученый отметил, что их данные не являются окончательными и нуждаются в дополнительном подтверждении.
В США ежегодно диагностируется около 1,5 тысяч случаев рака кожи Меркеля, причем в последние десятилетия наблюдается заметный рост заболеваемости. Рак кожи Меркеля быстро метастазирует. Около двух третей пациентов умирают в течение пяти лет после установления диагноза.
Источник :
Учёные остановили процесс старения кожи
Успехи современной биологии способны вскружить голову любому. Несколько несложных манипуляций с генами - и вам обеспечены идеальная фигура, долголетие, а также множество других приятных бонусов.
Свежий пример - данные нового исследования, проведенного сотрудниками Стэнфордского университета.
Американским исследователям удалось сделать то, что многие века составляло предел мечтаний миллионов женщин - остановить процесс старения кожи. Объектами эксперимента стали, как водится, лабораторные мыши - именно их покров биологам удалось омолодить, сделав кожу двухлетнего грызуна неотличимой от эпителия новорожденного мышонка.
Ученые добились такого поразительного эффекта, управляя выработкой в организме животного особого протеина - NF-каппа-B. Он способен активировать или подавлять работу нескольких генов, отвечающих как раз за процессы старения. Заблокировав синтез ключевого белка, ученые наблюдали, как кожа мыши всего за пару недель стала заметно тоньше, а количество делящихся клеток в ней заметно увеличилось, что является признаком молодой ткани.
Казалось бы, это открытие может дать мощнейший инструмент в руки косметологов. Однако сами ученые считают, что оно может быть куда полезнее врачам. Если удастся повторить эксперимент с омоложением кожи и на людях, можно будет облегчить состояние многих старых людей. Дело в том, что их эпителий уже не в состоянии быстро регенерировать и заживление любой, даже самой небольшой ранки может затянутся надолго. Если удасться вернуть коже стариков молодость, эта проблема будет решена.
Генетики не в первый раз испытывают на мышах свои новейшие разработки. Ранее исследователям удалось вывести грызуна-рекордсмена, который поглощал уйму еды, при этом не толстея ни на грамм, чрезвычайно быстро бегал и вел половую жизнь, которой мог бы позавидовать Дон Жуан. Представители другого научного коллектива создали мышь, устойчивую к раку - защитные системы ее организма сами находили опухоль и уничтожали ее в зародыше. Значение этих и других подобных исследований невозможно переоценить.
Источник :
Голодание против старения
Основные объекты, на которых изучают старение: дрожжи Saccharomyces cerevisae, плодовая мушка Drosophila melanogaster, круглый червь Caenorhabditis elegans, крыса Rattus norvegicus (фото с сайта www.mimage.uni-frankfurt.de) |
Давно известно, что ограничение в питании продлевает жизнь. И это справедливо в отношении практически всех земных организмов. Но до сих пор ученые не могут ответить на вопрос, почему это так. Понятно, что если это общая закономерность, то в основе ее должен быть некий общий механизм. Понять этот механизм — значит разгадать тайну старения. Американские ученые на примере мух дрозофил сравнили календарное и физиологическое старение в условиях урезанной диеты. Оказалось, что физиологическое старение напрямую не соотносится с календарным, и с возрастом ограничение в питании только снижает устойчивость организма по многим параметрам. Удивительно, что при общей пониженной сопротивляемости голодающие мухи в среднем все же имеют большую продолжительность жизни! Так что загадка старения обрастает новыми подробностями.
Американские ученые из (Атенс, США) задались вопросом, как связано календарное (или, как они его называют, демографическое) старение с физиологическим. Физиологическое старение — это способность организма к восстановлению, способность сопротивляться стрессам разного рода и выдерживать физические нагрузки. Можно представить себе, что эти свойства определяют в итоге, сколько организм проживет. Другими словами, одна из гипотез старения утверждает, что физиологическое старение отмеривает время жизни.
Удивительно, но прямых экспериментов, как сообщают авторы публикации в журнале Aging Cell, очень немного. Они провели исследование, восполняющее этот пробел. Для этого был придуман эксперимент, основанный на давно известном явлении продлении жизни при ограниченном питании. Если оставлять животному только необходимое для выживания количество пищи, то его продолжительность жизни увеличивается в среднем примерно в полтора раза (понятно, что это число зависит от вида животного и его индивидуальных особенностей).
Экспериментировали на плодовых мушках дрозофилах, у которых ограниченная диета продлевает жизнь от 38 дней для обычного рациона до 54 дней для в два раза меньшего рациона. Ученые предположили, что у полуголодных мушек должна увеличиться физиологическая устойчивость, а повышенная устойчивость позволяет мушкам дольше прожить. Но эта на первый взгляд логичная гипотеза не подтвердилась.
В качестве показателей физиологической устойчивости выбрали стандартные тесты: сопротивляемость к холоду, сопротивляемость к голоданию, сопротивляемость к инфекциям, сопротивляемость к воздействию агрессивных свободных радикалов. Каждый из этих показателей можно оценивать количественно по срокам восстановления или смерти, а также по числу выживших мушек. Кроме того, была подсчитана плодовитость мушек, сидящих на разных диетах. И вот ученые сравнили все эти параметры у мушек, которых держали на нормальном и урезанном питании (все мушки были разделены на четыре возрастные группы).
Результаты различались для молодых мух и мух старших возрастных групп. У молодых мух с урезанным рационом физиологическая сопротивляемость ко всем параметрам была выше, чем у той же возрастной группы на нормальном рационе. Зато у старших возрастных групп картина была обратной. Они хуже переносили голодание, быстрее умирали от переохлаждения и от воздействия перекисными продуктами. При этом важно, что их иммунитет остался всё же выше, чем у нормально питающихся товарищей, поэтому они сравнительно лучше справлялись с инфекциями, вызванными как грамположительными, так и грамотрицательными бактериями. Повышение иммунитета, безусловно, связано с увеличением продолжительности жизни, хотя вряд ли связь эта прямая. На экспериментальных графиках видно, как ненамного увеличивается иммунитет у недокормленных мушек, так что не стоит объяснять столь заметное удлинение сроков жизни только таким незначительным увеличением сопротивляемости к болезням.
|
Ученые заключают, что голодание не замедляет физиологическое старение, хотя и продлевает жизнь; физиологическое старение — это очень подвижный параметр развития животного в отличие от более консервативной продолжительности жизни. Так что ясно, что физиологическое и демографическое старение отражают разные качества какого-то более общего процесса в организме любого живого существа.
Источник: Joep M. S. Burger, Dae Sung Hwangbo, Vanessa Corby-Harris, Daniel E. L. Promislow.
Фекалии домашних клещей разрушают защитные свойства кожи человека
Клещи, обитающие в домашней пыли, оставляют не только следы. Испражнения пылевых клещей, попадающие на нашу кожу, могут делать ее более уязвимой для различных аллергенов и раздражителей, говорится в новом исследовании.
Ученые полагают, что снижение влияния этих насекомых может предотвратить развитие таких аллергических заболеваний, как экзема, аллергический ринит и астма, у людей, предрасположенных к таким состояниям.
Пылевые клещи – одна из самых частых причин астмы. Эти паукообразные живут в матрасах и коврах и питаются омертвевшими частичками кожи, которые человек теряет ежегодно в количестве 350-400 г.
Сами клещи оставляют после себя фекалии, содержащие пищеварительные энзимы: белки Der f1 и Der p1. Они способствуют разрушению клеток человеческой кожи, которой питаются эти создания и могут вызывать сильные аллергические реакции у некоторых людей.
Предыдущие исследования показывали, что эти энзимы делают наши дыхательные пути более открытыми для вторжения других аллергенов – например, кошачьих и собачьих. Тосиро Такаи и его коллеги, представители медицинского факультета японского Университета Джунтендо в Токио, решили выяснить, не могут ли эти энзимы оказывать аналогичного влияния на кожу.
Используя лабораторных бесшерстных мышей, исследователи протирали спинки одних животных составом, пропитанным белком Der f1, а других – тем же составом, но без белка.
Через неделю на спинках мышей, которых подвергали воздействию энзима пылевых клешей, появились обезвоженные участки кожи, которые впитывали больше рибофлавина, выяснили ученые. Витамин рибофлавин обычно используется для того, чтобы выяснить, насколько подвержена кожа аллергенам и раздражителям.
"Частое соприкосновение с самими клещами и продуктами их жизнедеятельности может нарушать функции кожного барьера в месте контакта, и это место может становиться каналом проникновения аллергенов и раздражителей", – утверждают ученые.
Раздражение, зуд, сухость кожи, типичные для аллергии на домашнюю пыль, изначально провоцируются белками клеща, разрушающими слои кожи.
"Исследование показывает, что соприкосновение с пылевыми клещами делает вашу кожу более уязвимой и для других аллергенов – кошачьих, собачьих и иных", – говорит Джил Уорнер, эксперт по аллергиям и иммунитету в Университете Саутгемптона в Соединенном Королевстве.
Поэтому риск возникновения разных типов аллергий можно сократить, если уменьшить соприкосновение с пылевыми клещами, говорит Уорнер. "Однако избавиться от домашнего пылевого клеща очень сложно".
Регулярная уборка с пылесосом, замена ковров виниловым полом, покрытие матрасов и подушек полиэтиленом и понижение влажности в доме отчасти помогают сократить популяцию клещей. Полное уничтожение клещей попросту невозможно.
Джон Пикрелл inopressa.ru
Корни рака
Ранее считалось, что образование злокачественной опухоли происходит из группы так называемых стволовых раковых клеток, однако американские ученые обнаружили, что во многих случаях развитие болезни начинается из одной раковой клетки, ничем не отличающейся от себе подобных. В качестве материала для исследования использовались клетки меланомы – злокачественной и чрезвычайно опасной опухоли кожи.
Оказалось, что подопытные мыши с сильно ослабленным иммунитетом в 25% случаев заболевают раком при помещении в их организм всего лишь одной опухолевой клетки, при том что животные имеют повышенную сопротивляемость к человеческому раку. «Фактически, это первый зафиксированный случай того, как отдельные клетки способны породить опухоль», – говорит доктор Моррисон. – «Я убежден, что современная онкология недооценивает потенциал клеток в развитии рака. Это происходит, на мой взгляд, потому, что иммунитет животных, использовавшихся в предыдущих опытах, был достаточно устойчивым к инородным телам». Ученый также считает, что не только меланома обладает такой способностью к развитию.
Напомним, что в 2007-2008 годах уровень смертности от рака вырос до 7 млн человек ежегодно, а у 25 млн. человек были диагностированы онкологические заболевания той или иной степени тяжести. Если эта тенденция сохранится, то к 2030 году от раковых заболеваний будет умирать 17 млн. человек, при этом злокачественные опухоли будут диагностированы у 75 млн. человек.
До настоящего времени универсального лекарства против рака не найдено, поскольку это заболевание весьма разнообразно, и каждая его форма требует своего лечения. Сейчас в противораковой терапии используется облучение, химическое и хирургическое воздействие, и реже – гипноз. Кроме того, ученым известны случаи, когда раковые опухоли рассасывались сами по себе.
Источник :www.vokrugsveta.ru
Наука одолела плесень
Команда западных ученых из университета Брауна, университета Кадиса и Французского института сельскохозяйственных исследований сделала важный шаг в борьбе с вредителем овощей и фруктов – кагатной гнилью (Botrytis cinerea).
Исследователи установили механизм действия плесени и выявили гены, отвечающие за вредоносное действие. Botrytis cinerea выделяет два токсина, которые портят дары природы, выращенные человеком. Один из токсинов – сложный терпен, другой – сложная органическая кислота.
Из девяти тысяч генов, имеющихся у гнили данного вида, был выявлен участок из пяти генов, ответственный за производство вредного терпена. Это кластер генов BcBOT1, BcBOT2, BcBOT3, BcBOT4 и BcBOT5. Непосредственно за синтез токсина отвечает ген BcBOT2.
Благодаря химической модификации данного гена из процесса метаболизма гнили исчезла стадия образования терпена, и в результате он прекратил выделяться, информирует Infox.
К сведению, грибы вида botrytis cinerea (лат. – "виноград как прах") поражают более 200 видов сельскохозяйственных и декоративных растений. Главным следствием деятельности плесени становится превращение хранящихся овощей и фруктов в неприятные скопления серой массы.
Легкость молодости, тяжесть воды: изотопы продлевают жизнь
История получила свое начало два года назад, когда сотрудник московского Института биоорганической химии Михаил Щепинов, работал в одной британской биотехнологической компании в Оксфорде, а все свободное время посвящал изучению литературы, посвященной вопросам старения. Наибольшее распространение на данный момент имеет теория свободных радикалов. В соответствии с ней, старение организма является результатом необратимых повреждений биомолекул, из которых состоит наше тело. Главными виновником разрушений признаются свободные радикалы кислорода - агрессивные химические соединения, являющиеся побочным продуктом человеческого метаболизма.
Причина, по которой эти радикалы представляют опасность, заключается в том, что они отнимают электроны у всего, что попадается: воды, протеинов, жиров и ДНК, оставляя за собой след разрушения. Наносимый радикалами кислорода урон со временем лишь увеличивается и приводит к тому, что биохимические процессы организма перестают нормально функционировать.
Одним из наиболее разрушительный результатов воздействия радикалов является так называемое белковое карбонилирование, когда радикалы атакуют хрупкие углеводородные цепочки белка. Именно этот процесс лежит в основе самых серьезных заболеваний старости, таких как болезни Паркинсона, Альцгеймера, рак, диабет и хроническая почечная недостаточность.
Человеческий организм производить огромное количество антиоксидантов, включая витамины и энзимы, которые перехватывают свободные радикалы до того, как они смогут причинить вред. Однако с течением времени эта защитная система в свою очередь тоже становится жертвой атак свободных радикалов. Поэтому многие средства для замедления старения в первую очередь нацелены на поддержку собственной системы защиты организма, снабжая ее антиоксидантами, такими как витамин C и бета-каротин, хотя и нет никаких доказательств того, что эти меры приносят пользу.
Щепинов же пошел по другому пути в борьбе с радикалами. Его повседневная работа лежала в сфере изучения изотопного эффекта. Гениальная мысль совместить работу и изыскания в области изучения процессов старения и тем самым отсрочить его наступление посетила ученого на католическое Рождество 2006 года.
Главной идеей изотопного эффекта является то, что присутствие тяжелых изотопов в молекуле может замедлить ее химическую реакцию. Все из-за того, что тяжелые изотопы формируют более крепкие цепочки взаимосвязи. Поэтому, к примеру, угледейтериевая цепочка будет крепче, чем углеводородная. Фактически цепочки с содержанием дейтерия оказалась в 80 раз крепче, чем содержащая водород.
Все это было известно уже давно. Изотопный эффект был открыт еще в 30-х годах прошлого века, а его механизм получил объяснение в 40-х. Тем не менее Щепинов стал первым исследователем, связавшим этот эффект со старением. Он подумал: если старение вызвано разрушительным воздействием свободных радикалов на кавалентные цепочки и эти же самые цепочки можно укрепить использую изотопный эффект, то почему бы не использовать его для того, чтобы сделать хрупкие биомолекулы более устойчивыми к атакам? Все, что нужно сделать - это поместить в наиболее уязвимые для атак цепочки дейтериум или углерод-13, а об остальном позаботится химия.
У противников нового метода есть два серьезных аргумента. Во-первых, в человеческом организме существует миллиарды химических связей и не все из них поддаются воздействию свободных радикалов. Возникает вопрос: как доставить изотопы именно туда, где они нужны? Во-вторых, попадание в организм тяжелых изотопов никак нельзя назвать полезным для здоровья.
Ученый утверждает, что ни то, ни другое не является серьезной проблемой. Некоторые тяжелые изотопы, такие как тритий и углерод-14, действительно являются радиоактивными, и их использование небезопасно. В то же время такие изотопы, как дейтериум и углерод-13, достаточно стабильны, оба в небольших количествах встречаются в природе и являются естественной частью некоторых биомолекул, находящихся в нашем организме. Оба изотопа, что немаловажно, практически нетоксичны. Длительные эксперименты, проводимые на мышах показали, что до пятой части обычной воды в организме может быть заменено на тяжелую воду без какого-либо вреда. Аналогичные эксперименты были проведены и на людях, в процессе которых содержание тяжелой воды в организме доводилось до 2,5%, и не привело к негативным последствиям. Более того, исследователи обнаружили, что дейтерий стал частью некоторых белков.
Тем не менее эксперименты с растениями и животными показали, что тяжелая вода действительно токсична, но лишь в очень больших концентрациях. Мыши погибали, если содержание дейтерия в воде превышало 20%. Клетки растений выдерживали 30-, 50-процентные концентрации тяжелой воды. А одноклеточные водоросли могли жить и в 75-, 80-процентной тяжелой воде. И лишь простейшие животные - нематоды не только существовали в тяжелой воде, но их жизнь даже удлинялась на насколько недель.
Но компания, в которой работает наш ученый и не собирается поить своих клиентов эликсирами на тяжелой воде. Вместо этого она собирается создать продукты с ее содержанием. Этот метод имеет огромное количество преимуществ, поскольку позволяет нацеливать тяжелые изотопы именно туда, где они нужны. Из 20 необходимых человеку аминокислот организм самостоятельно вырабатывает лишь 10, а остальные поступают вне. Таким образом, если вы включаете в свой рацион продукты с содержанием нужных аминокислот, чьи уязвимые связи уже усилены изотопами, именно их получат белки вашего организма. Точно также некоторые составные части жиров и ДНК поступают в организм через пищу, которую можно соответствующим образом обогатить, говорит Щепинов.
Альтернативой искусственно обогащенным продуктам может стать мясо, молоко и яйца, полученные от домашних животных, в рацион которых входили тяжелая вода и "усиленные" аминокислоты. Проблема лишь в том, что ни одна из компаний, работающих в производстве продуктов не может создать необходимых ингредиентов. Над решением этой проблемы уже трудятся сотрудники московского Института биоорганической химии и Минского госуниверситета.
Другой преградой, которую предстоит преодолеть торговцам молодостью - высокая цена конечного продукта. На данный момент производство 1 литра тяжелой воды обходится в 300 долл. "Действительно, изотопы - дорогое удовольствие, - говорит Щепинов. - Однако нет необходимости их добывать. Существуют другие методы их получения, но они никому не нужны". Пока не существует спроса - нет необходимости производить тяжелую воду в промышленных количествах, поэтому цены продолжают оставаться высокими.
Найдена эффективная замена антибиотикам
Например, карвакрол может быть антисептиком для воды, в частности, убивать паразитов, вызывающих нарушения функций кишечника, лечить грибковые инфекции, такие как кандида (причина молочницы), а также уничтожать метициллин (резистентный золотистый стафилококк) – смертоносная бактерия, которая часто встречается во всевозможных медучреждениях.
Ученые установили, что карвакрол по своему действию оказался намного сильнее 18 антибактериальных препаратов, с которыми его сравнивали ученые. По словам специалистов, из масла орегано можно изготавливать антисептический спрей для уничтожения золотистого стафилококка в больницах. Помимо того, специалисты рассматривают возможность использования масла этого растения для разработки дезинфицирующих стиральных порошков.
В свою очередь, канадские ученые полагают, что в будущем антибиотики могут быть заменены супер-антителами, для которых не будет препятствием клеточная стенка, которые смогут проникать внутрь клеток и уничтожать там болезнетворные бактерии, вирусы и токсины.
Устойчивость микробов к антибиотикам
С течением времени популяция (но не отдельная особь) может приобрести устойчивость к воздействию химических веществ, таких как антибиотики и пестициды.
Все мы слышали пугающие истории о микробах, нечувствительных к антибиотикам. И действительно, многим в процессе лечения приходилось заменять один антибиотик на другой из-за того, что первый оказался неэффективным. Такое появление лекарственной устойчивости у популяции микроорганизмов — не странная месть матери-природы человечеству, а закономерное следствие
Существование различий между членами популяции составляет один из основополагающих принципов эволюции. Сегодня известно, что эти различия заложены в генах. Более того, жизнь любого организма (будь то бактерия или человек) по существу представляет собой серию химических превращений молекул. Действие антибиотика состоит в том, что он служит ингибитором, то есть тормозит или подавляет какую-либо химическую реакцию, жизненно важную для микроба. Например, пенициллин блокирует молекулы, участвующие в строительстве новых клеточных оболочек бактерий. Действие пенициллина можно упрощенно сравнить с жевательной резинкой, наклеенной на ключ, которая будет препятствовать открыванию замка. (Пенициллин не оказывает влияния на человека или животных, потому что наружные оболочки наших клеток коренным образом отличаются от клеток бактерий.)
У определенной популяции бактерий возможны различия в форме молекул, на которые направлено действие антибиотиков. Одни молекулы оказываются более чувствительными к «наклеиванию» лекарства, другие — менее. Чисто случайно у небольшого количества бактерий молекулы окажутся такой формы, которая менее чувствительна к отрицательному влиянию какого-то антибиотика (например, пенициллина). При воздействии лекарства на данную популяцию это небольшое количество устойчивых бактерий уцелеет. Через много поколений натуральный отбор приведет к преобладанию бактерий, в геноме которых закодированы менее чувствительные к лекарству молекулы. В конце концов появится популяция микробов, полностью невосприимчивых к данному антибиотику.
Необходимо еще раз отметить, что этот эффект проявляется через много поколений. Ни одна отдельно взятая бактерия не может приобрести иммунитет — форма молекулы определяется генами и обычно не меняется в течение жизни организма.
В 1952 году американские генетики Джошуа и Эстер Ледерберг провели классический эксперимент по изучению устойчивости микробов к антибиотикам. В чашках Петри на обычных питательных средах были выращены колонии бактерий, затем часть каждой колонии перенесли на другие чашки, где в питательную среду был добавлен пенициллин. Большинство колоний после этого пересева погибли, но одна из них выжила. Тогда ученые вновь вернулись к первичной колонии (от которой отсевали уцелевшую) и снова перенесли ее на питательную среду с пенициллином. Колония вновь выжила, доказав, что она обладает устойчивостью к пенициллину, хотя никогда не подвергалась его воздействию. Этот эксперимент подтвердил представление о случайном характере устойчивости в популяции и о том, что устойчивость обусловлена естественным отбором.
Подобные эффекты наблюдаются и у высших организмов: например, у насекомых в процессе эволюции выработалась устойчивость к пестицидам, а у растений — к гербицидам. Механизм приспособления здесь такой же, как и у бактерий, которые приобрели устойчивость к антибиотикам. Случайным образом у некоторых особей в популяции появляются какие-то химические изменения в их природе, что позволяет им противодействовать влиянию пестицидов или гербицидов. Например, это могут быть особые молекулы, которые захватывают молекулы пестицида или гербицида и не позволяют им действовать. Или у этих особей могут вырабатываться химические вещества, удаляющие пестициды или гербициды из клеток организма прежде, чем эти яды успеют сильно повредить клетки. В результате естественного отбора организмы с такими особенностями выживают в первую очередь, и в конце концов вся популяция приобретет эту полезную особенность.
Зная о работах в области естественного отбора, ученые должны были бы ожидать такого поведения исследуемых организмов. Тот факт, что они этого не сделали, говорит нам скорее о несовершенстве человеческой природы, нежели о недостаточном эффекте антибиотиков и других химикатов. Однако эта приобретенная лекарственная устойчивость микробов вовсе не зачеркивает всего положительного, что принесли нам антибиотики и другие химические вещества. Это просто значит, что войну с болезнью нельзя выиграть в одной битве. Здесь можно провести аналогию с гонкой вооружений, в которой одна сторона добивается временного преимущества, а другая учится наносить ответный удар. Затем первая сторона разрабатывает контрудар на этот ответный удар, а другая сторона — противостоит контр-контрудару... Гонка вооружений никогда не кончается — так же, я подозреваю, никогда не закончится и наша битва с эволюционным потенциалом микробов. Главное — быть далеко впереди, чтобы держать болезни под контролем. И этого будет достаточно для победы.
Источник : www.elementy.ru

Основные объекты, на которых изучают старение: дрожжи Saccharomyces cerevisae, плодовая мушка Drosophila melanogaster, круглый червь Caenorhabditis elegans, крыса Rattus norvegicus (фото с сайта www.mimage.uni-frankfurt.de)
Графики показывают, как соотносятся различные физиологические показатели устойчивости мушек, содержавшихся на обычном и урезанном в два раза рационе. По оси ординат отложен показатель отношения устойчивости нормально питающихся мушек к устойчивости малоежек. Устойчивость оценивали по доле умерших мушек. Поэтому график в положительной области означает, что нормально питающиеся мушки при тех или иных стрессах умирают чаще, чем малоежки. Как мы видим, графики для старших возрастных групп уходят в отрицательную область. Следовательно, мухи-малоежки с возрастом труднее переносят стрессовые воздействия. Это не относится к устойчивости к бактериям — у малоежек она с возрастом увеличивается. (График из цитируемой статьи в Aging Cell) 
