Бесконечная история: гены, которые работают после смерти
Накануне светлого праздника, свободного от идеологии, религии и культа личностей, принято вспоминать о чудесах и рассказывать невероятные истории. Рождественские истории — не обязательно про торжество справедливости, не про битву добра и зла. Они очень светлые и рассказывают о чудесах, которые случаются в повседневной жизни с самыми обычными существами. Вот и мы для вас подготовили рождественскую сказку о… генах. Самые обычные существа в лаборатории — мыши и рыбки данио-рерио. Первым даже был поставлен памятник за их честную службу людям, а вторые, хоть и без памятника, безмолвно жертвуют своих крупных прозрачных эмбрионов ученым, чтобы те могли исследовать общие законы развития позвоночных. Ученые из Европы и Соединенных Штатов Америки попытались выяснить, что происходит с мышками и рыбками после смерти. Как-то раз в лаборатории калибровали метод измерения активности генов в трупиках животных, и вот что из этого получилось.
Наказание или спасение
Внезапность, нелогичность, непредсказуемость, — во все времена вокруг смерти витает ореол таинственности. Чтобы найти источник вечной жизни, великие мистификаторы изобретали философский камень, пытались заполучить кольца всевластия и даже отправлялись в путешествия в поисках единорогов и Бессмертных земель. Простой народ видел в кончине как расплату за грехи, так и дар или искупление. Если же говорить объективно, то смерть — это прекращение в организме всех биологических и физиологических процессов. В силу мистического образа смерти, установление факта гибели долгое время оставалось для человечества сложной задачей (например, если пациент находится без сознания или пребывает в состоянии алкогольного или наркотического опьянения).
Смерть по алгоритму
Есть два вида смерти: естественная и насильственная. «Выключение» организма в обоих случаях проходит по стандартному алгоритму, но длительность стадий бывает разной. Это относится и к результату: при вовремя проведенной реанимации человек может остаться в живых. Перед смертью организм — тут можно говорить как о человеке, так и о любом другом теплокровном позвоночном животном — пребывает в агонии. Сначала очень сильно снижается давление, нарушается дыхание, притупляется чувствительность и реакция на происходящее, а затем наступает агония. На этой стадии, напротив, все процессы активируются, это — «последняя надежда» на спасение своими силами. Давление увеличивается, мышцы начинают сокращаться, запускается метаболизм. При этом сознание может ненадолго вернуться, но дыхание, вентиляция легких, отсутствует, потому что сокращение мышц не скоординировано. Как только сердце, дыхательная система и центральная нервная система отказывают, диагностируют клиническую смерть.
Смерть в твоей голове
Опасения, что вас заживо заколотят в гробу или начнут вырезать органы перед тем, как вы испустите последний вздох, в настоящее время уже не очень актуальны. Существует общий критерий диагностики смерти — смерть мозга. Отсутствие рефлексов, двигательной и дыхательной активности свидетельствует в пользу окончательного ухода из жизни. Со смертью мозга в самом органе вскоре начинаются необратимые изменения, которые ведут к деградации. Увы, мирового стандарта диагностики смерти мозга пока не существует, поэтому тот факт, что в разных государствах критерии и методы данной процедуры различаются, безусловно, настораживает.
Не подменять реальность метафорой
Логичным продолжением известной метафоры, представляющей живой организм в виде машины со сложнейшим механизмом, будет предположение о том, что после смерти постепенно угасает работа всего: не поступает «топливо» (кислород и питательные вещества), замедляется метаболизм и постепенно все «двигатели» прекращают свою работу. Однако в биологии важно не подменять реальность красивой метафорой или удобной моделью. Именно поэтому коллаборация ученых под руководством микробиолога Питера Ноубла при рабочей гипотезе: «Вероятно, гены перестают работать после смерти» решила поставить эксперимент, чтобы проверить, что случается с генами на самом деле. Ведь, исследуя смерть, можно довольно много узнать о жизни!
Гены на галерах
«Ген работает» — статус участка ДНК, с которого считывается информация с помощью различных клеточных машин. При этом образуются молекулы, которые называются общим словом «транскрипты». Транскрипто́м — это совокупность всех транскриптов, которые присутствуют в образце. В настоящее время одним из основных способов измерения активности генов является анализ транскрипто́мов различных тканей. В отличие от генома, который стабилен и одинаков во всех клетках организма, транскрипто́м может значительно меняться в зависимости от условий среды, состояния клетки и ее происхождения.
Жизнь после смерти в лаборатории
Чтобы изучить смерть эмпирически, нужно убивать животных. Такие работы требуют предварительного прохождения множества специальных комиссий по биоэтике. Сам эксперимент команды Питера Ноубла заключался в следующем: животных единовременно убили, а затем поместили в привычную для жизни среду. При этом как в аквариуме, так и на воздухе сохранялась циркуляция воды или воздуха. Чтобы в дальнейшем проводить исследование на образцах, с определенной периодичностью брали несколько трупов и замораживали их в жидком азоте. Такой сбор «проб» проводился в течение 48 часов с момента смерти мышей и 96 часов с момента смерти рыбок. В результате анализа так называемого танатотранскриптома (от греческого «танатос» — смерть) удалось анотировать 1063 гена. Активность большинства из них после смерти резко снижается, однако какие-то из участков ДНК ничего не знают о смерти и продолжают работать. Некоторые из рассмотренных генов оставались активны в течение 4 суток после смерти животного.
Посмертные итоги
Исследователи подчеркивают: их данные демонстрируют не «остаточную активность», а самостоятельную работу генов после смерти животного. В подтверждение этому они приводят данные количественного анализа транскриптов. Изменение объема молекул в тканях происходит по-разному. В результате качественного анализа была получена функциональная характеристика отдельных групп генов, которые работают в клетках мертвого организма (с точки зрения процессов, в которых они участвуют): стрессовый ответ, внутренний и адаптивный иммунный ответ, воспалительный процесс, клеточная смерть, транспортные и регуляторные процессы, онкогенез, а также эмбриональное развитие.
Смерть — это стресс.
В обоих организмах пик работы этих генов пришелся на сутки после смерти. Исследователи объясняют это как попытку организма восстановить равновесие в отсутствие ресурсов. Речь идет о таких генах стрессового ответа, как гены теплового шока, гипоксии и к других видов реакций, таких, как окислительный стресс.
Смерть — это борьба.
Те, кто верят в жизнь после смерти, догадываются, что тело человека из бренного вместилища для души становится прелым чистилищем для разных живых организмов. Бактерии, черви, а затем членистоногие, возможно, и звери покрупнее, — в общем, все, кто не брезгует, станет той жизнью, которая наполнит тело крупного млекопитающего после смерти. В таком случае довольно логичным выглядит тот факт, что после смерти активизируются гены иммунного ответа. Несмотря на то, что империя тела человека уже мертва, отдельные клетки продолжают свое существование и пускают молекулярные машины в бой, активируя гены иммунного ответа и воспаления.
Смерть — это когда клетки умирают.
В клетке существует отлаженная система запуска собственной «машины смерти». Это требуется в тех случаях, когда становится понятно, что «что-то пошло не так». Начавшись с экспрессии (генерации транскрипта) одного из генов, запускается каскад работы белков, который приводит к клеточной смерти. Процесс запрограммированной клеточной смерти называется апоптозом. Установить какие-то общие закономерности работы апоптотических генов в обоих видах организмов не удалось, но было замечено, что и в том, и в другом они активно работают.
Смерть — это суета.
Казалось бы, зачем в отсутствие функционирующего организма понадобится перемещать ионы, белки или сигнальные молекулы из клетки в клетку? Зачем «сворачивать» участки ДНК? Согласно наблюдениям, большинство таких генов в трупах рыб прекратили свою работу через 24 часа после смерти, в то время, как транспортные гены трупов мышей продолжали работать на протяжении 2 суток.
Смерть — это онкогенез.
В мировых генетических базах данных существуют гены, которые котируются как «онкогены». Такой «ярлык» они получают, если было замечено, что при их работе развиваются злокачественные новообразования. Состав этих генов и особенности работы сильно различаются в организмах.
Смерть — это только начало.
Пожалуй, самая неожиданная находка в этом эксперименте — работа генов, которые отвечают за ранние стадии эмбрионального развития. Удивительно, но после смерти включаются гены, которые работали в тот момент, когда мертвое тело было оплодотворенной икринкой или яйцеклеткой и только-только создавало мышцы или нервную систему. Ученые признаются в статье, что очень удивлены обнаружением этих генов, и предлагают две версии объяснения происходящего. С одной стороны, поддержание «молчания» этих генов может быть активным процессом, который прекращается со смертью генеральных регуляторных систем. С другой — физиологические условия мертвого организма, могут отдаленно напоминать те, при которых протекает эмбриональное развитие.
Помимо игр ученых мужей и планов о бессмертии в скором будущем, есть два серьезных вопроса, решение которых напрямую связано с подобными исследованиями. В первую очередь, это трансплантация органов от недавно умерших доноров. Известно, что риск онкологического заболевания возрастает с трансплантацией органов. Наиболее частым примером является рак кожи (возможно, онкогенез происходит именно вследствие работы онкогенов в мертвой ткани). С другой стороны, при последующем анализе можно создать метод точного определения времени смерти на основании состава танатотранскриптома.
Так вот, дорогой друг, оказалось, что даже в обычных мышке и рыбке уже после смерти работает больше тысячи генов. Это ли не чудо? (Это ли не мотивация?)
Спасибо всем, кто читал нас и был с нами в этом году. А мы подготовили ДНК-тест «под ёлочку». Совсем как в лучшие времена нашей жизни: вы рассказываете короткий интересный факт про гены или генетику (впрочем, не обязательно в текстовом формате), а в подарок получаете ДНК-тест. Подробные правила — по ссылке.
