Академик В. П. Скулачев
«Химия и жизнь» № 11, 2002
- Самоубийство бактерий
- Самурайский закон биологии
- Загадка дифтерийного токсина
- Септический шок
- Старение организма — особый случай феноптоза?
- Еще раз о теломерах
- Инфаркт, инсульт, рак: болезнь или закономерность?
- Заключение
Самурайский закон биологии
Самоубийство кишечной палочки, не сумевшей исправить поломку в своей ДНК, — это способ обезопасить популяцию от засорения дефектным генетическим материалом. Сложнее объяснить биологический смысл самоубийства пневмококка, отравленного пенициллином. Может быть, здесь речь идет о ликвидации бесплодных членов сообщества (ведь пенициллин останавливает размножение пневмококка). Но вполне возможно, что это просто реакция бактерии на глубокое неблагополучие в ее внутреннем хозяйстве. Даже бактерии, простейшие среди современных живых существ, устроены так сложно, что любой серьезный дефект в их генетике, обмене веществ или поведении, не будучи своевременно устранен, может привести к катастрофическим последствиям для популяции. Для спасения от подобных катастроф природа, по-видимому, изобрела некий механизм, который я назвал «самурайским законом биологии». Вкратце он звучит так: «Лучше умереть, чем ошибиться». А более подробно — «Любая достаточно сложная биологическая система (от автономной органеллы вроде митохондрии и выше) располагает механизмом самоликвидации. Она кончает с собой, если становится потенциально опасной для существования системы, занимающей более высокую ступень в иерархии жизни».
Наглядный пример самоубийства отдельной бактерии во благо сообщества — поведение кишечной палочки, заразившейся некоторыми видами бактериофагов, бактериальных вирусов. В бактериальной клетке фаг безудержно размножается, так что клетка в конце концов превращается в набитый фагами пузырек, который лопается, заражая другие клетки (см. «Химию и жизнь» №3, 2002). Так вот, выяснилось, что кишечная палочка включает механизм самоубийства в ответ на появление некоторых фагов в ее цитоплазме. Причем клетка кончает с собой задолго до того, как в ней накопится большое количество фаговых частиц.
В ответ на появление одного из белков фага бактерия начинает синтезировать собственные белки-убийцы. Описано три типа таких белков, каждый из которых образуется под действием определенного фага. Один из белков формирует отверстие в мембране бактерии, так что все низкомолекулярные вещества вытекают из клетки и она умирает. Другие два белка останавливают систему белкового синтеза: расщепляется либо белок — фактор элонгации Tu, либо лизиновая транспортная РНК. Без этих компонентов невозможен синтез белков — как бактериальных, так и фаговых. В любом из трех случаев самоликвидация зараженной кишечной палочки спасает популяцию бактерий от массового заражения фагом и потому может быть квалифицировано как альтруистическое самоубийство.
Недавно К.-У. Фрелих с сотрудниками описали феноптоз у дрожжей. Массовую гибель их клеток вызывают небольшие количества перекиси водорода, причем этот эффект, как и у зараженной кишечной палочки, требует синтеза каких-то белков. Запрограммированная смерть описана и у простейших — тетрахимен.
Хорошо известна запрограммированная смерть многоклеточных организмов, размножающихся только единожды. У некоторых из них само строение тела несовместимо со сколько-нибудь долгой жизнью. Вспомним поденку: взрослое насекомое этого вида не может есть из-за отсутствия ротового аппарата и погибает вскоре после репродуктивного акта. Другой пример: у клеща Adactylidium потомство прогрызает себе путь на волю из тела матери, вызывая ее гибель.
Однако гораздо чаще при половом акте или тотчас вслед за ним включается поведенческая или биохимическая программа самоубийства. Так, самец одного из видов кальмаров тонет тотчас после спаривания с самкой, которой он подсаживает под кожу свой сперматофор — мешочек со сперматозоидами. Самки некоторых видов пауков при спаривании поедают самцов, с которыми до того мирно сосуществовали. Бамбук живет 10–15 лет, размножаясь вегетативно, а затем зацветает и гибнет, как только созрели семена. Тихоокеанский лосось умирает после нереста, и вовсе не из-за крайнего истощения организма, а вследствие включения особой биохимической программы, в которой ключевую роль играют стероидные гормоны. Если затормозить образование этих гормонов в надпочечниках лосося, он не умрет.
Роль феноптоза не так бросается в глаза у многократно размножающихся организмов. Мы находимся еще в самом начале пути, и не исключено, что он приведет нас к пониманию истинного положения вещей. Тем не менее попытаемся уже сейчас рассмотреть эту проблему, поскольку она может иметь прямое отношение к важнейшим задачам медицины.
