Андрей Кузнецов В одной из недавних публикаций (см. «НГ-наука» от 28.11.07) сообщалось о создании удивительно выносливых супермышей и о той роли, которую в этом играют митохондрии (энергетические станции живой клетки). Само слово «митохондрии» образовано из двух греческих: «митос» – нить и «хондрос» – гранула. Первые наблюдатели митохондрий были микроскописты (как, например, Р.Альтман в 1890 году), которые сначала приняли митохондрии за колонии паразитов (бактерий), населяющих клетку-хозяина.
И действительно, дальнейшие генетические исследования подтвердили происхождение митохондрий как результат симбиоза простейших бактерий и эукариотов (то есть клеточных организмов) более двух миллиардов лет назад. Очевидно, это дало сильный толчок для всей дальнейшей эволюции. Например, клетка печени содержит около тысячи митохондрий, а в сердечной клетке их почти 30% от общего объема.
Несмотря на то что митохондрии были открыты более 120 лет назад, эти органеллы продолжают удивлять ученых. Много лет считалось, что основная их задача – производить энергию в виде единой биологической «валюты» (АТФ). Энергия АТФ нужна практически для всех процессов организма – работа мышц и особенно сердца, мозга, печени... В последнее время стало ясно, что кроме своей основной работы митохондрии выполняют целый ряд других, таких, например, как запуск программируемой клеточной смерти (апоптоз).
Оказалось, что митохондрии – необычайно динамичные структуры, способные делиться, сливаться, образовывать сложные трехмерные сети и использовать их для передачи энергии или различных клеточных сигналов аналогично электрическому кабелю. Исследования, проводимые в лабораториях разных стран (включая и нашу лабораторию Университета Инсбрука, Австрия), показали, что митохондрии могут довольно резво передвигаться внутри клетки (как маленькие червячки), используя для этого особые моторные белки. В некоторых клетках, например в нейронах, такое движение необычайно важно, чтобы целенаправленно «приносить» энергию в нужное для клетки место. Потеря же динамических свойств митохондрий приводит к тяжелым нейрологическим заболеваниям.
Наверное, самое забавное открытие в этой области было сделано учеными университета г. Падуи (Италия), которые показали, что согласованное движение митохондрий в лимфоцитах может как бы толкать всю клетку, помогая таким образом ей мигрировать в нужном направлении для лучшего обеспечения иммунологической функции (J.Eхp.Med., декабрь, 2006).
Мало того, существует целая теория старения, основанная на увеличении клеточных повреждений кислородными радикалами (Reactive Oxygen Species, ROS) и накапливающимися мутациями митохондриального ДНК. Однако не все так просто.
Многие экспериментальные данные о влиянии ROS часто противоречат друг другу. Например, в некоторых случаях умеренный окислительный (оксидативный) стресс может быть даже полезен, позволяя активировать многие важные процессы. Более того, ученые нашли особые белки (uncoupling proteins, UCPs), заставляющие митохондрии как бы работать вхолостую, сжигая при этом больше калорий и производя меньше радикалов, что способствует долголетию.
Недавно сделанные американскими учеными открытия (Nature 447, 550–555 & 545–549, 2007) достаточно ясно доказывают существование прямой связи между ограничением потребления пищи, активностью митохондрий и продолжительностью жизни. Оказалось, что сокращение питания червей активирует особые факторы SKN-1 и PHA-4, что, в свою очередь, приводит к увеличению активности митохондрий всего организма и продлению его жизни почти на 50%. Авторы подчеркивают, что, хотя эти открытия были сделаны на модели червей, похожие механизмы свойственны и другим организмам.
Но может ли увеличение количества и активности митохондрий продлить жизнь человека? Ученые пока не дают однозначного ответа. Однако известно, что у людей, ведущих активный образ жизни, митохондрий больше и живут эти люди дольше. Связано ли это именно с митохондриями или является следствием усиления активности всего метаболизма – предстоит выяснить.
Хорошо известно, что старение сопровождается значительной потерей мышечной массы (по-научному – явление саркопении), а основная часть наших митохондрий находится именно в мышцах. Существует гипотеза, что торможение саркопении, поддержание нормального уровня и тонуса мышц в старости путем физической активности и специально разработанного питания может значительно улучшить здоровье и продлить жизнь человека. Выяснить, какова тут роль митохондрий и каким именно путем можно было бы на них воздействовать, – важная задача будущих исследований.
Инсбрук
