Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни - Ник Лэйн

Есть волнующие указания на то, что таким образом можно продлить жизнь. Чуть выше, в главе 17, я уже упоминал, что одно точечное изменение контрольного участка митохондриальной ДНК встречается у долгожителей в пять раз чаще, чем в популяции в целом. Видимо, эта мутация стимулирует производство чуть большего количества митохондрий в ответ на стандартный сигнал. Если в клетку поступает команда «Митохондрии, делитесь!», то у носителей этой мутации образуется, скажем, 110 новых митохондрий, а у обычных людей — только 100. Такие люди чем-то похожи на птиц: у них выше резерв мощности в состоянии покоя. В принципе, подобного эффекта можно добиться и фармакологическими средствами, без модификации генов, а просто за счет небольшого усиления каждого сигнала к делению митохондрий, скажем, на 10 %. В обоих случаях дополнительный резерв поможет снизить нагрузку в расчете на одну митохондрию. Восстановленное состояние комплексов резко снизится, утечка свободных радикалов уменьшится. Если мы научимся распознавать их достаточно тонко (это непросто, но, надо полагать, долгожители как-то научились это делать), то сможем жить дольше, сохраняя здоровье и бодрость до самого конца наших дней.

В свое время я провел немало времени в лаборатории, ломая голову над проблемой консервации предназначенных для пересадки почек. Дело в том, что после удаления органа тут же начинают отчаянно тикать часы. Почка становится непригодной для трансплантации примерно через два дня, а «срок хранения» сердца, легких и печени составляет не более суток. Проблему обостряет постоянный страх, что после трансплантации произойдет отторжение и все усилия пойдут насмарку Чтобы этого не произошло, жизненно важно, в буквальном смысле этого выражения, чтобы иммунный профиль донора органа соответствовал иммунному профилю реципиента. Это значит, что органы для пересадки часто приходится транспортировать на сотни километров, чтобы они попали подходящему реципиенту. Учитывая постоянную нехватку органов, любая упущенная возможность — это преступление. Прогресс в консервации органов дал бы больше драгоценного времени на поиски подходящего реципиента, организацию перевозки и мобилизацию команды оперирующих врачей. С другой стороны, если бы мы точно знали, когда именно орган становится непригоден, то, возможно, мы могли бы использовать органы, которые сейчас считаются безнадежно поврежденными, например органы доноров с небьющимся сердцем.

Глядя на законсервированный орган, практически невозможно сказать, будет ли он работать после трансплантации, даже если сделать биопсию и исследовать его ткань под микроскопом. После удаления органа из него выкачивают кровь, заполняют его специальным раствором и хранят на льду. Все выглядит хорошо, но внешность обманчива. Нормальный на вид орган может отказать через некоторое время после пересадки. Как ни парадоксально, считается, что повреждение связано с возвращением кислорода. Период консервации подготавливает орган к катастрофической потере работоспособности после трансплантации, что связано с утечкой свободных радикалов из дыхательных цепей митохондрий.

Как-то раз я находился в операционной во время операции по пересадки почки. Моей задачей было разместить на почке специальные зонды, которые, как мы надеялись, позволят понять, что происходит внутри, не прибегая к физическому взятию образцов ткани. Мы использовали очень хитроумный прибор — спектрометр ближней инфракрасной области. Направляя на ткань пучок инфракрасных лучей, мы измеряли, какая часть излучения пройдет насквозь. Применив к этим данным сложный алгоритм, можно вычислить, сколько радиации поглощается или отражается в ткани. Крайне важно правильно подобрать длину волны, так как разные молекулы поглощают в разных спектрах. Нас интересовали гем-содержащие белки, такие как гемоглобин или цитохромоксидаза (окончательный фермент дыхательных цепей митохондрий). Этот метод позволяет оценить не только концентрацию обеих форм гемоглобина (окси- и дезоксигемоглобина), но и окислительно-восстановительное состояние цитохромоксидазы. Иными словами, он позволяет понять, какая часть молекул цитохрома находится в окисленном, а какая — в восстановленном состоянии, то есть какую часть молекул занимают в данный момент дыхательные электроны. Мы использовали этот метод параллельно с другой разновидностью спектроскопии, позволяющей оценить окислительно-восстановительное состояние NADH — соединения, которое поставляет электроны в дыхательные цепи. Мы надеялись, что совместное использование этих двух методов позволит нам получить представление о работе дыхательной цепи в режиме реального времени без физического вмешательства в почку, что, как вы понимаете, является огромным преимуществом во время сложной операции.

Все это может показаться весьма запутанным, но настоящий кошмар начинается, когда приступаешь к интерпретации полученных данных. Гемоглобина в ткани очень много, а цитохромоксидазы крайне мало. Хуже того, длины волн инфракрасных лучей, которые поглощают разные гем-содержащие белки, перекрываются, и сказать, с каким именно соединением мы имеем дело, бывает очень трудно. Даже у прибора заходит ум за разум: он показывает изменение окислительно-восстановительного состояния цитохромоксидазы, когда на самом деле, судя по всему, происходит изменение уровня гемоглобина. Мы почти отчаялись получить при помощи нашего приспособления хоть какую-то полезную информацию. От измерения уровней NADH тоже было мало толку. Как правило, прибор показывал большое количество NADH до пересадки, а после пересадки пик концентрации исчезал без следа. В науке такое происходит сплошь и рядом: на бумаге все выглядит оптимистично, а реальность просто не поддается интерпретации.

И тут на меня нашло озарение. Именно в тот момент я впервые почувствовал, что миром правят митохондрии. Произошло это случайно. Дело в том, что одним из анестетиков при операции был пентобарбитон натрия. Его концентрация в крови колебалась, и иногда изменения его концентрации соответствовало изменениям показаний наших приборов. Повышение уровня пентобарбитона натрия не влияло на изменение уровней оксигемоглобина и дезоксигемоглобина, но влияло на динамику дыхательной цепи. Снова регистрировался некоторый пик NADH (он становился более восстановленным), а цитохромоксидаза становилась более окисленной. Нам показалось, что мы наконец-то зарегистрировали не обычные досадные помехи, а что-то стоящее. Что же происходило в это время?

Оказалось, что пентобарбитон натрия является ингибитором комплекса I дыхательной цепи. С повышением уровня его содержания в крови он частично блокировал проход электронов по дыхательным цепям. Первые этапы дыхательных цепей, включая NADH, становились более восстановленными, а последующие этапы, в том числе цитохромоксидаза, передавали электроны кислороду и становились более окисленными. Но почему такая четкая зависимость наблюдалась не каждый раз? Это, как мы скоро поняли, зависело от качества органа. Если орган был свежим и работал нормально, мы легко регистрировали флюктуации, а если он был серьезно поврежден, отследить их было практически невозможно. Тогда приборы показывали обычное бесследное исчезновение всех пиков. Единственное объяснение, которое тут можно было предложить, заключалось в том, что такие митохондрии протекают, как решето. Практически все немногие электроны, поступавшие в цепи, не доходили до конца, а рассеивались в виде свободных радикалов.