Холод портит наши клетки
Приспособляемость живых организмов к экстремальным климатическим условиям различная. Существуют, например, млекопитающие, способные обитать в достаточно холодных регионах. В период самых сильных холодов – как правило, зимой, — они впадают в спячку; при этом температура их тела понижается, а работа внутренних органов сильно замедляется. Тринадцатиполосный суслик, обитающий в Северной Америке, способен во время спячки замедлять количество ударов сердца с двухсот до двадцати – в десять раз; температура его тела при этом опускается почти до нуля. Это говорит об исключительной приспособленности тринадцатиполосного суслика к морозному климату, на что человек, понятное дело, не способен.
Но каким образом организм таких животных способен переживать холода, как в лабораторном морозильнике? Указанный вид суслика стал для учёных источником материала для опытов, в которых изучалась молекулярная природа зимней спячки. Исследователи решили понаблюдать, что происходит в клетках при зимней гибернации (впадении в спячку).
Для этого был приготовлен материал из стволовых клеток суслика и человека, полученный путём размножения естественных специализированных клеток обоих организмов. Такие клетки способны в лабораторных условиях делиться, а также превращаться в любой тип специализированных клеток. Исследователи превратили их в нейроны. Затем группы клеток подвергали охлаждению. Результаты показали, что охлаждение существенным образом влияет на состояние клеток, но влияние это у разных организмов различное.
Одним из важнейших элементов живой клетки является молекулярный скелет, состоящий из белковых микротрубочек. Эти трубочки не только поддерживают форму клетки и её внутренних органелл – по ним в клетку доставляются питательные вещества. Оказалось, что при существенном понижении окружающей температуры микротрубочки в клетках человека разрушались; однако в клетках тринадцатиполосного суслика они оставались целыми.
Разрушение микротрубочек в человеческих клетках связано с нарушениями работы митохондрий и лизосом. Митохондрии, эти энергетические станции клеток, вырабатывают в качестве побочного продукта кислородные радикалы – сильнейшие окислители; у клеток имеется защита от них, однако если их становится слишком много, внутренние органы клетки подвергаются окислению и разрушению. А повышенная выработка кислородных радикалов происходит как раз в холодное время. Лизосомы представляют собой пузырьки, внутри которых содержатся расщепляющие ферменты. При понижении температуры оболочка лизосом портится, и ферменты выливаются в клетку, растворяя её содержимое, в том числе и микротрубочки.
Когда учёным стало ясно, почему на холоде разрушаются клетки человека и других организмов, появилась возможность разрабатывать способы защиты от повреждений. Для этого необходимо снизить активность ферментов, содержащихся в лизосомах, или подавить активность митохондрий. В ходе дальнейших экспериментов оказалось, что клетки в условиях холода остаются целыми, только если применять одновременно оба способа.
Такие животные, как упомянутый тринадцатиполосный суслик, способны самостоятельно замедлять обмен веществ во время спячки, поэтому оба способа защиты клеток включаются у них естественным образом. Человек же способен научиться этому искусственно – с помощью специальных препаратов, которые ещё предстоит разработать. Это может дать человечеству многое. Например, можно будет надолго охлаждать пациента (охлаждение применяется в тяжёлых ситуациях во время лечения), не рискуя повредить его ткани и органы – такое нередко случается при слишком сильном или долгом помещении в холод. Также это даст возможность дольше сохранять органы для пересадки. Новые технологии сохранения клеток могут сделать возможной полноценную гибернацию человека, которая до сих пор описывалась только в научно-фантастических произведениях. Их герои использовали гибернацию в различных целях – например, как особый тип машины времени.
Однако желанные препараты появятся ещё не скоро. Ведь упомянутые эксперименты проводились только на отдельных клетках и их небольших группах. Перейти с этого уровня на охлаждение органов и тканей довольно сложно. Однако наука не стоит на месте.
