Биоэнергетика жизни и смерти
Новые работы ученых МГУ показывают, что митохондриальные антиоксиданты включают механизмы контроля над внутриклеточной причиной избыточной смертности и старения
«Шесть функций дыхания: не пора ли взять под контроль выработку активных форм кислорода и тем самым продлить жизнь?» — так на русский переводится название научной статьи, вышедшей в международном журнале International Journal of Molecular Science (Int. J. Mol. Sci. 2023, 24(16), 12540) в августе 2023 года. В статье собраны и обобщены последние данные о том, какую роль играют опасные радикалы кислорода в иммунитете и его аномальном проявлении — цитокиновом шторме, в разных видах запрограммированной гибели клеток, старении и смерти целых организмов. В ней также показано, что специальные митохондриальные антиоксиданты способны преодолеть (как показано на лабораторных моделях) шоковую смертность и замедлить старение.
Вообще, идея о том, что антиоксиданты могут быть полезны, приобрела в последние десятилетия широкую популярность и вышла из сферы научных дискуссий в область маркетинга. Эта концепция легла в основу множества косметических средств и БАДов, но часто за рекламой не стояло никаких серьезных исследований. Однако в данной статье рассказывается о хорошо изученной роли кислорода и его активных форм в организмах.
Первым автором статьи является академик Владимир Скулачев, признанный в мире ученый, специалист по современной биологии, один из основателей целой отрасли — биоэнергетики, науки о том, как в организмах на молекулярном уровне устроено производство энергии на основе кислородного дыхания. Владимир Скулачев ушел из жизни 5 февраля 2023 года в возрасте 87 лет, но до последнего дня активно и продуктивно работал. Эту статью начинал писать он сам, но заканчивали ее коллеги и последователи, принял участие в этой работе и ректор МГУ Виктор Садовничий. «Шесть функций дыхания» — во многом итог научной биографии Владимира Скулачева, в статье описывается все, что известно о клеточном дыхании. Именно этой областью академик занимался до открытия целого научного направления, посвященного борьбе с болезнями и старостью, которое в ближайшие десятилетия поможет увеличить продолжительность активной жизни людей и найти ответ на фундаментальные вопросы о жизни и смерти.
В начале было
Эта история началась примерно 2,4 млрд лет назад. Тогда на Земле произошла самая большая биогенная катастрофа в истории — в атмосфере планеты стал накапливаться кислород. Это сейчас люди и почти все живые существа не могут жить без кислорода, необходимого для дыхания, но в те времена для большинства бактерий и архей (а никого, кроме одноклеточных организмов, еще не было) этот газ был ядом. Дело в том, что кислород — химически активное вещество, в его присутствии все, в том числе все живое, рискует «сгореть», погибнуть в результате процессов окисления, если не защитится от его разрушительного воздействия.
Кислород в земной атмосфере появился благодаря цианобактериям (сине-зеленым водорослям), живущим в океане. Они и сейчас продолжают продуцировать от 20 до 40% всего производимого на Земле кислорода — для цианобактерий это побочный эффект другого процесса. Они первыми на планете научились «питаться солнцем» — использовать энергию света для того, чтобы создавать сложные органические вещества из углекислого газа. В результате такого процесса вода разлагается с выделением чистого кислорода. Часть микроорганизмов выжила в новом мире благодаря тому, что спряталась и не имела контакта с воздухом. Микроорганизмы в то время жили на поверхности воды многослойными пленками: сверху обитали те, кто мог соприкасаться с кислородом, внизу — те, кто его боялся. Некоторые бактерии научились жить в атмосфере, химически утилизируя вредный кислород. Непонятно, какая эволюционная мотивация у них была первичной — то ли убрать вредный кислород, то ли получить энергию. Скорее всего, сначала они защищались от окисления, а потом «поняли», что это отличный источник энергии.
Некоторые крупные микроорганизмы сами до этого «не додумались»: они жили в нижней части бактериальной пленки, иногда глотая тех, кто падал сверху. Но примерно 1,6–1,8 млрд лет назад оказалось, что выгоднее не съедать тех, кто умеет жить с кислородом, а поселить их внутри себя. Так произошел мощнейший эволюционный скачок: появились митохондрии — клеточные органеллы, присутствующие в клетках всех организмов, кроме самых простых и древних — бактерий и архей. Это самый важный и красивый пример того, что для эволюции сотрудничество (симбиоз) значит больше, чем конкуренция, выживание сильнейших. Русский биолог