Из чего мы состоим: Митохондрия. И биотехнологии будущего

Не помню, чем занимался на уроках биологии в школе, но к информации о существовании в клетках человека митохондрий серьезно я стал относиться только в прошлом году — после того, как узнал, что:

  • во-первых, почти все гены человека (около 19 000) находятся в ядре клеток — в хромосомах, однако в митохондриях есть небольшое количество (37) собственных генов. В связи с чем существует теория Симбиогенеза, согласно которой митохондрии — это потомки аэробных бактерий (прокариот), поселившихся некогда в предковой эукариотической клетке и «научившимися» жить в ней в качестве симбионтов. Теперь митохондрии есть почти во всех эукариотических клетках, размножаться вне клетки они уже не способны (1).
  • во-вторых, митохондрии особенно подвержены вредному воздействию свободных радикалов, однако многие антиоксиданты не способны проникать через митохондриальную мембрану. Однако некоторые грибы (особенно белые) содержат в себе эрготионеин, который как раз способен защищать крошки-митохондрии от злобных свободных радикалов.

Известно около 50 (по другим данным — до 150) синдромов, вызванных нарушением функций митохондрий. Они приводят к заболеваниям сердца, умственной отсталости, тяжелым неврологическим нарушениям, мышечной дистрофии, диабету, потере зрения, глухоте и многим другим неприятностям (2).

Особенности генетической структуры митохондрий, наряду с другими факторами, обусловливают развитие некоторых тяжелых аутоиммунных болезней. В частности, первичный билиарный цирроз, распространенность которого достаточно высока. В патогенезе этого заболевания ключевую роль играет выработка иммунной системой организма антител к митохондриям (так называемые AMA — антимитохондриальные антитела).

И если раньше к этому относились как к данности, то в последнее время, с развитием генетики, начинают набирать ход не вполне укладывающиеся в естественный ход эволюции направления, которые еще не так давно могли быть лишь сценариями научно-фантастических фильмов.

Ребенок от 3 родителей

Это Алана Сааринен. Ее ядерная ДНК, как само собой разумеется, досталась ей от мамы с папой, но вот митохондриальная ДНК — от третьего человека, в связи с тем, что у Шэрон Сааринен — мамы Аланы — 10 лет не получалось забеременеть и как оказалось, это было результатом проблем с ее митохондриальной ДНК. Через год такую практику в США запретили — ввиду возможной небезопасности и неэтичности.

По состоянию на 2014-й год в мире насчитывалось от 30 до 50 людей с генетической информацией от 3 человек (3).

Перенесение митохондриальной ДНК в ядро

А это Обри де Грей (Aubrey de Gray) — главный научный сотрудник и сооснователь SENS Research Foundation (4), где исследуют возможности кардинального продления жизни (а не на каких-то 20-30 лет, чего удалось добиться в течение 20-го века). Согласно его словам, старение — процесс физический, а не биологический: это аккумуляция нарушений на протяжении всей жизни, что в конечном итоге выражается в нарушении нормального функционирования организма.

Но также, как ретро-автомобиль, выпущенный 100 лет назад, не был предназначен для эксплуатации на такой срок — у него просто со временем меняли изнашивающиеся детали — так, по словам Обри де Грея, теоретически можно поступать и в случае с человеком. Существует 7 причин изнашивания организма и все их можно корректировать в процессе жизни. Как я понимаю, пока что, опять же — теоретически. И одной из причин являются мутации в ДНК митохондрий.

Митохондриальная ДНК (мтДНК) содержит всего 37 генов, но связанные с ней наследственные болезни встречаются не реже, чем мутации в ядерной ДНК.

 

Причина такой высокой частоты митохондриальных болезней в том, что мутации в мтДНК происходят в 1000 раз чаще, чем в ядерных хромосомах: при работе «клеточных энергостанций» образуется огромное количество свободных радикалов, которые, если соответствующие молекулярные механизмы не успеют их вовремя нейтрализовать, могут вызвать нарушения в колечке мтДНК, состоящем примерно из 16 500 нуклеотидов.

 

А система восстановления повреждений ДНК в митохондриях работает хуже, чем в ядре. К тому же, в отличие от ядерных хромосом, «мусорной» ДНК в митохондриях практически нет, и свободный радикал, прорвавшийся на свободу, не может уйти в несущественную часть генома. Любое повреждение митохондриальных генов бьет точно в цель и может снизить эффективность работы закодированных в них белка или РНК или полностью прекратить их синтез. Такие поломки могут сделать эмбрион нежизнеспособным и привести к выкидышу, а в менее тяжелых случаях болезни, связанные с нарушением работы митохондрий, кочуют из поколения в поколение (2). 

В прошлом году команда из SENS успешно перенесла 2 из 13 митохондриальных генов (ATP8 и ATP6) в ядро клетки, где им более безопасно и откуда они также кодировали белки. От теории — к практике! То ли еще будет.

Пока что из всего этого для себя я сделал следующий вывод: если в ваших клетках не надежная, проверенная (без наследственных вредных мутаций) митохондриальная ДНК от 3-го лица, чем могут пока похвастаться очень немногие — которая, правда, так же подвержена воздействию свободных радикалов в процессе жизни (а перенос всех митохондриальных ДНК в ядро — пока только теоретический), надо обращаться к старому проверенному методу — чаще включать в свой рацион грибы, содержащие эрготионеин!

P.S. Как можно видеть из начала текста, в биологии я пока далеко не специалист, поэтому буду искренне рад любым уточнениям и дополнениям!

P.S.S. Ввиду недоказанной на сегодняшний день эффективности употребления грибов в плане профилактики защиты митохондриальной ДНК от мутаций (и вряд ли одними грибами можно решить такую сложную и многоплановую задачу), к этому вопросу, наверное, лучше относиться с должным скепсисом. Ждем дальнейших исследований!

Источники:

(1) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BC%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%B7

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B8%D1%8F
(2) http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432622/Deti_trekh_roditeley

(3) http://www.bbc.com/news/magazine-28986843

(4) http://www.sens.org/about/leadership/executive-team

(5) http://nar.oxfordjournals.org/content/44/19/9342

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.