Предложена универсальная модель старения одноклеточных организмов

Одноклеточные организмы редко обсуждаются в дискуссиях о природе старения, поскольку все еще непонятно, как у них измерять само старение.

Тем не менее, именно они несут в себе ключ к разгадке вечного вопроса: универсально ли старение для всех живых существ или это вторично приобретенный признак. Французский исследователь Эрик Баптест с коллегами построил модель старения одноклеточных, согласно которой каждое их деление асимметрично — даже если внешне обе клетки-потомка выглядят равноценными. Из этой модели следует, среди прочего, что механизмы омоложения есть у любого организма, а бактерия, с точки зрения геронтологии, — многоклеточное существо.

Современная наука о старении вынуждена существовать в условиях, когда на самые базовые ее вопросы до сих пор нет однозначных ответов. Мы не только не знаем, как точно определить старение, почему живые организмы стареют и одинаковы ли причины этого процесса у разных видов, но даже не можем с уверенностью сказать, всех ли он затрагивает. Чтобы продвинуться в этом споре, необходимо либо обнаружить какой-то признак старения, который заведомо объединяет все живое на Земле, либо найти пример организма, у которого никаких признаков старения не наблюдается. В качестве таких примеров иногда приводят гидру (Hydra vulgaris, см. D. E. Martinez, 1998. Mortality Patterns Suggest Lack of Senescence in Hydra). Впрочем, не все геронтологи согласны включить ее даже в список пренебрежимо стареющих (то есть таких, у которых незаметны признаки старения) животных, не говоря уж о бессмертных. Для этого пока недостаточно данных. Другим распространенным примером часто служит голый землекоп, но ему повезло еще меньше: то и дело у него подмечают то снижение плодовитости, то опухоли, то возрастные болезни, что уж совсем нехорошо для потенциально нестареющего вида (см. C. E. Finch, 2009. Update on slow aging and negligible senescence — a mini-review, а также новость Геном голого землекопа — ключ к секрету долголетия?, «Элементы», 11.11.2011).

Так или иначе, большинство этих споров разворачивается в пространстве царства Животных, все члены которого многоклеточные. А вопросы о старении одноклеточных — как прокариот, так и эукариот — как правило, обходят стороной. И это неспроста: дело в том, что по поводу одноклеточных нет согласия не только в том, стареют ли они в принципе, но и в том, как это старение измерять.

Старение в капле воды

Строго говоря, измерить старение у животных тоже непросто. Способов известно множество, и каждый выбирает свой. Кто-то меряет по плодовитости и жизнеспособности потомства в зависимости от возраста родителей, кто-то — по количеству возрастных болезней, кто-то — по накоплению разного рода поломок (белковых агрегатов, мутаций в ДНК и так далее). Чаще всего, пожалуй, измеряют смертность: подсчитывают какое количество особей-сверстников остается в популяции в каждый момент времени. Эта методика апеллирует к закону Гомперца: у стареющего организма с возрастом растет риск умереть от естественных причин. Из этого принципа уже нашлось немало исключений (см. Детская смертность от унаследованных мутаций маскирует раннее начало старения, «Элементы», 29.01.2020), но, за неимением лучшего, многие исследователи продолжают им пользоваться.

С одноклеточными дело обстоит еще сложнее. Допустим, мы, следуя методике для животных, соберем группу одноклеточных одного возраста и решим измерять их смертность, то есть моменты, когда клетки прекращают свое существование. Это может случиться по разным причинам: внешним (клетку могут раздавить или лишить еды), внутренним (клетка может накопить мутации, несовместимые с жизнью) или в результате размножения. Разделившись на две дочерние клетки, материнская, очевидно, перестает существовать. Значит ли это, что, чем быстрее популяция размножается, тем быстрее она стареет? А если, наоборот, считать, что жизнь материнской клетки продолжается в дочерних, то становится непонятно, как учитывать смертность. Поэтому, когда речь заходит о старении одноклеточных, каждому исследователю приходится выбирать, с какой стороны смотреть на этот процесс (см. M. Florea, 2017. Aging and immortality in unicellular species).

Один вариант — изучать репликативное старение, то есть потерю одноклеточными способности размножаться. Измерить его несложно: достаточно посадить одну клетку в среду с постоянным избытком ресурсов (например, пространства и пищи) и подсчитывать количество ее потомков в культуре. И действительно, есть работы — например, на кишечной палочке Escherichia coli и некоторых видах дрожжей — которые показывают, что даже в таких условиях клетка не способна размножаться вечно.

Это тот же феномен, который давно известен и для животных клеток, — какую клетку человека ни возьми, рано или поздно она делиться перестанет. Долгое время так даже измеряли «возраст» отдельно взятых клеток — давали возможность размножаться и считали, сколько «раундов» они продержатся и сколько потомков образуют. Чем плодовитее — тем моложе. Считается, что у нас за репликативное старение ответственны теломеры — «набойки» на концах хромосом, которые с каждым делением укорачиваются, пока не достигают критической длины, за которой деление невозможно (см. Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2009, «Элементы», 10.10.2009). У дрожжей теломеры тоже есть, а вот у прокариот хромосомы кольцевые, следовательно, должны существовать и другие механизмы, ответственные за репликативное старение. Это может быть, например, накопление мутаций — то самое, которое, как гласит мутационная теория Медавара (см. Mutation accumulation theory), вносит свой вклад и в изнашивание многоклеточных организмов.

Второй способ рассматривать старение одноклеточных — изучать старение в условиях ограничений (conditional senescence). Для этого культуру одноклеточных нужно поместить в какие-то условия, которые препятствуют их размножению: это может быть ограниченное пространство, дефицит еды или действие какого-нибудь стрессового фактора, например, антибиотика. Со временем количество клеток в культуре будет уменьшаться (чем-то напоминая закон Гомперца, см. Y. Yang et al., 2019. Temporal scaling of aging as an adaptive strategy of Escherichia coli) — то есть они будут терять не столько способность размножаться, сколько способность продолжать жизнедеятельность, поэтому мы можем для простоты этот вид старения назвать физиологическим. Причин здесь тоже может быть несколько: в стрессовых условиях одноклеточные существа накапливают активные формы кислорода, поврежденные белки и прочий «молекулярный мусор» — и этим, кстати, тоже напоминают клетки животных, которые внутри организма то и дело подвергаются каким-нибудь стрессам (то голоданию, то воспалению, то перегреву, то охлаждению и так далее без конца).

Кривая Гомперца (зависимость риска умереть от возраста) для человека (слева) и для кишечной палочки (справа). Рисунки с сайта en.wikipedia.org и из статьи Y. Yang et al., 2019. Temporal scaling of aging as an adaptive strategy of Escherichia coli

Впрочем, не стоит думать, что репликативное старение и старение физиологическое — две взаимоисключающие теории. Скорее всего, оба этих процесса имеют место, но на разных стадиях жизненного цикла одноклеточного организма. Представим себе, что клетка попала в новую среду — скажем, незаселенную ее родственниками каплю воды. Тогда поначалу она будет активно размножаться и стареть репликативно. Затем ее потомки заполнят всю каплю, ресурсы начнут иссякать, и репликативное старение уступит место физиологическому. Часть клеток ослабнет, погибнет, освободится пространство, и цикл замкнется. Понятно, что переход от репликативного старения к физиологическому и обратно едва ли будет резким, и на каком-то этапе цикла два этих процесса будут действовать на жителей капли одновременно. Кроме того, нельзя исключать и того, что эти процессы как-то взаимосвязаны — например, генетический мутационный «мусор» наверняка влияет на скорость накопления мусора белкового, и наоборот. Однако эти связи пока не особенно изучены.

Поделитесь с друзьями
Оставьте свой комментарий! До 500 символов!
    Пока без коментариев...
    По теме
    Читайте также

    Лагерная психология: переработка человека на фабриках смерти...

    Лагерная психология: переработка человека …
    Задачей фашистских концлагерей было уничтожить личность. Тех, кому повезло меньше, уничтожали физически, кому «больше» – морально. Даже имя человека переставало здесь существовать. Вместо него был только идентификационный номер, которым называл себя в своих мыслях даже сам заключенный.
    Читать дальше →

    Тутанхамон: загадка гробницы...

    Тутанхамон: загадка гробницы
    Эта история началась с гибели подростка – правителя Древнего Египта. Его имя могло навсегда кануть в Лету, если бы не череда загадочных смертей, удивительным образом связанная с ним. Тутанхамон вовсе не был выдающимся царем, но события, которые произошли 3000 лет спустя, сделали его самым известным из когда-либо живших фараонов.
    Читать дальше →

    Ученые рассказали о противовирусных свойствах некоторых соков и з...

    Ученые рассказали о противовирусных …
    Вирусологи сравнили вирулицидную активность четырех натуральных напитков против коронавируса SARS-CoV-2 и вируса гриппа: так они обнаружили, что сок черноплодной рябины и граната, а также зеленый чай могут снижать инфекционные титры. При этом сок черноплодки оказался наиболее эффективным.
    Читать дальше →

    9 Самых Ядовитых Пауков в Мире...

    9 Самых Ядовитых Пауков …
    Какой паук самый ядовитый? Можно ли умереть от укуса паука? Встреча с некоторыми пауками может закончиться для вас визитом к врачу или чем-то более серьезным. Так какие пауки наиболее ядовиты? Как защититься от них? Не переживайте — мы ответим на все ваши вопросы.
    Читать дальше →

    НЛП в решете: нейроны, лингвистика и немножко волшебства...

    НЛП в решете: нейроны, …
    Хотите добиться успеха Стива Джобса? Раз и навсегда перестать мямлить, ныть, переживать по поводу прыщей, за две минуты соблазнить самую красивую девушку на курсе и оказывать влияние на людей? Бросить пить, курить и по-английски заговорить? Это вам не к бабке – она тут бессильна, это вам к тренеру НЛП.
    Читать дальше →

    10 природных явлений на Земле, которые мы не понимаем...

    10 природных явлений на …
    Многих завораживают странные явления, происходящие на других планетах. Кажется, стоит лишь достичь этих далеких миров, как все тайны рассеются. Однако и на Земле происходит немало необычных явлений, в чьей природе ученые пока не в силах разобраться.
    Читать дальше →