Соло на рояле украинского ученого
В истории исследований головного мозга существует классическое сравнение его функционирования со звучанием органа. В те времена советский, а теперь украинский академик Фролькис использовал для объяснения модели генорегуляторного нарушения клавиатуру рояля. Как на них можно воспроизвести бесчисленное множество мотивов и мелодий, так и на «клавиатуре» генома можно создать мотив, мелодию жизни. Но клавиши здесь — отдельные структурные гены, в которых заключен код построения белков, а последовательность их «нажатий» устанавливает порядок и частоту воспроизведения различных белков. Этот мотив жизни будет различным в зависимости от условий деятельности клетки, от ее способности к делению и т. д.
Главное — соотношение синтеза тех или иных белков (частота «нажатия клавиши»). Оно определяет приспособление клетки к условиям существования, ее жизнеспособности. Как пальцы пианиста, так и специальные регуляторные механизмы (в случае БА, кроме всего прочего, и «энзимные ножницы») заставляют «звучать» те или иные гены, воспроизводить генетическую информацию. Сами же регуляторные гены находятся под влиянием различных внутри— и внеклеточных факторов.
Если пианист будет в неверном порядке или ритме ударять по клавишам или же вместо «форте» играть «пиано» и т. д., мотив нарушится или вовсе исказится. Так же и при старении, нарушения в процессе считывания информации с генов, изменяют порядок синтеза белков и разрушают важнейшие адаптационно— регуляторные, приспособительные механизмы клетки — «мелодию жизни».
В результате активируются одни гены и «тормозятся» другие, может начаться синтез новых, раньше не производимых в организме белков. Все это в конечном итоге нарушает жизнедеятельность клеток, а затем ведет к их гибели.
«И действительно, — пишет академик, — нам удалось экспериментально доказать, что вещества, блокирующие передачу генетической информации и тем самым тормозящие биосинтез белка (ингибиторы), увеличивают среднюю и максимальную продолжительность жизни, замедляют темп возрастных изменений».
Далее ученый из Киева ссылается на немецкого коллегу К. Эссера, который показал, что блокатор биосинтеза белка в митохондриях — тиамулин — способствует резкому увеличению продолжительности жизни плесневого грибка, который достигает благодаря этому колоссальных размеров. «В итоге, — резюмирует ученый, — мы располагаем сейчас фактическим материалом о молекулярных механизмах старения, позволяющих объяснить сущность развития возрастной патологии. Она — результат генорегуляторных изменений при старении.
Но почему в одних случаях возникает рак, в других — диабет, иногда резко прогрессирует атеросклероз, болезнь Паркинсона или Альцгеймера, а иногда возникает сразу несколько заболеваний?» — ставит он вопрос.
И профессор считает, что он знает ответ на этот вопрос. Дело в том, что генорегуляторные механизмы старения неоднотипны, они имеют свой индивидуальный почерк. Поэтому одни старческие болезни связаны с активацией тех или иных генов, другие — с их подавлением, третьи — с активацией ранее не работавшего гена, четвертые — с целой «гаммой» нарушений. Перерастанию возрастных изменений в болезнь могут также способствовать (или противодействовать) факторы внешней среды и образ жизни.
Все эти теоретические выкладки нашли свое подтверждение в результатах, полученных в ходе всех дальнейших поисков.
Например, удалось установить роль гена, ответственного за производство кальция в организме, неоценимого в процессе роста. В старости же повышенное производство кальция может играть отрицательную роль, способствуя отложениям в сосудах. Действительно, протеины, вырабатываемые клетками, и перестраивающие тканевую основу костей, находятся и в артериосклеротических сосудах.
Или возьмем другой пример. Активный вариант гена, вырабатываемого простатой и влияющего на фактор ее роста, имеет преимущество, когда речь идет о производстве потомства. В преклонном возрасте активность этого гена служит не только образованию спермы, но и ведет к увеличению размеров самой простаты, что проявляется в доброкачественной или злокачественной форме. Мы видим, что за преимущества в молодости и старости приходится дорого платить, хотя теоретические предпосылки лежат в классической теории Дарвина, определяющей принцип эволюции — широкое распространение вариантов генов, носители которых производят наибольшее количество потомков. Это и называется естественным отбором.
Те гены, которые в юности еще ориентированы на процесс воспроизводства, в старости становятся бесполезными и больше не селектируются.
«Ученые-биологи часто сравнивают этот факт с гоночным автомобилем, изготовленным конструкторами с одной лишь целью — как можно быстрее проехать определенную дистанцию, — пишет известный австрийский обозреватель, интерпретатор и популяризатор Т. Крамер. — Сколько еще кругов пройдет такая машина после гарантийного пробега, не интересует ни конструкторов, ни гонщиков».
Структура белка и искусство оригами
Белковые молекулы, обладающие одной и той же структурой, формируют свои надмолекулярные образования под влиянием различных факторов в объемном, шарообразном виде или в виде фальцованных плоскостей.
Из детского увлечения бумажными самолетиками мы знаем, как ловкие руки могут изменить свойства обычного листа бумаги, превращая его в летающий объект. Число поклонников древнейшего японского искусства оригами, превращающего плоский лист в произведение искусства, все увеличивается. Современная наука и индустрия также пытаются использовать потенциал, заложенный в технике складывания плоскостей.
Природа владеет этой техникой в совершенстве, ведь для этого у нее было достаточно времени — миллионы лет. Стоит лишь посмотреть на совершенную, требующую минимального пространства, форму раскрывающихся листьев и бутонов цветов.
Биофизики пытаются раскрыть тайну укладывания протеинов, составляющих основу человеческого организма. Эта их способность, до сих пор не вызывающая интереса, может вести к изменению свойств протеинов. «Плохо» уложенные протеины, как и плохо построенный бумажный самолетик, теряют способность к выполнению своих функций, и это может вести к неизлечимым заболеваниям, таким как БА.
Очевидно, что объемно-шарообразная структура является оптимальной с точки зрения пространственного заполнения мозга, и обеспечивает нормальную пропускную способность для информационных потоков, а фальцованно-плоскостная структура, являющаяся результатом процесса слияния плоскостей между собой, становится нерациональной, занимает много места и может служить препятствием для них.
Действительно, кажется, что глупые и умные люди отличаются друг от друга именно пространственным распределением активной деятельности в мозге, и, прежде всего, в районе его больших полушарий. Благодаря современной медицинской технике стало возможным визуализировать картину возбуждения различных областей головного мозга. Посредством одного из вариантов энцефалографии — электроэнцефалографии (ЭЭГ), — группе ученых института психологии университета в Граце (Австрия) удалось показать, что мозг умных людей пространственно селективно или фокусировано активен, когда он прорабатывает когнитивные задания. Менее умные люди должны больше напрягать свой мозг при решении задач, активируя при этом области, не связанные непосредственно с решением поставленной задачи.
Итак, многие теоретические предположения о развитии процессов старения и БА проверены и подтверждены экспериментально.
И тем не менее современные теоретические обоснования и многочисленные эксперименты не подтвердили значительной общности между процессом нормального старения, с его клеточной гибелью и процессом протекания БА. Как мы уже видели, при БА наступает атрофия не всей клетки, а только ее нервных окончаний. Это нарушает способность клетки принимать и передавать информацию дальше.
Атрофия поражает до 50 % всех нервных клеток мозга. Наш организм синтезирует особые белки, выполняющие задачу регенерирования возникающих повреждений. В силу некоторых причин этих белков производится гораздо больше, чем необходимо для поддержания динамического равновесия. Будучи нерастворимыми, они оседают в мозге в виде фальцованно-плоскостных структур, препятствуя межнейронным контактам.
Информационный сигнал, несущий в себе элемент обучения, встречает на своем пути труднопроходимые препятствия в виде β-фальцованных конструкций отложений и затрачивает много энергии, возбуждая ненужные, непосредственно не связанные с оптимальным путем и назначением прохождения сигнала области мозга.
Этот тлеющий пожар болезни, первоначально без дыма и огня, в течение 30 лет распространяется в мозге до тех пор, пока пострадавший не перестает чувствовать и вести себя нормально в повседневной жизни.
Бейройтер и его австралийский коллега Колин Л. Мастерс при помощи высокоспециализированного реагента открыли амилоидные отложения даже в мозге 50-летнего человека. Это указывало на процесс появления «тлеющего пожара», который ведет к полному поражению нервных клеток и подавлению контактов между ними. Была изучена ткань мозга 3000 умерших людей различных возрастных групп. «С возрастом, — заявляют на основании своих опытов ученые, — все большее количество людей имеют в мозге амилоидные отложения, не проявляя при этом никаких признаков наличия болезни памяти».
Если в мозге людей моложе 45 лет исследователи из Германии и Австралии не нашли и следов амилоида, то у 20 % 50-60-летних людей уже были обнаружены амилоидные отложения. Среди 81-90-летних, где 20–30 % страдают БА, уже у 80 % они имеются.
У людей весьма преклонного возраста, находящихся в здравом уме и твердой памяти, установлено наличие защитных генов, таких как АроЕ-3 и некоторых медь— и цинкосодержащих энзимов, которые делают безопасными радикалы кислорода. В результате в нейроновые потоки поступает меньше АРР и вырабатывается меньше амилоида.
Таким образом, существующее до последнего времени мнение, что в мозге у всех пожилых людей откладывается амилоид, не подтверждается. Основанием для этого ошибочного предположения был и остается до сих пор сравнительно консервативный процесс исследования БА. Прежде чем были открыты иммунологические реагенты, в распоряжении патологоанатомов и невропатологов находились недостаточные и неточные средства для идентификации амилоидных отложений. Но тем не менее корелляционная зависимость между возрастом и амилоидными отложениями налицо. Это позволило Бейройтеру, учитывая также результаты немецко-австралийских светил, сделать чудовищное предположение: «Если мы будем жить достаточно долго, то все мы потеряем разум».
Это предположение Бейройтер подтверждает и результатами проверки больных с синдромом Дауна. Как известно, все они умирают от БА только в том случае, если живут относительно долго, что стало возможным благодаря всеобъемлющему медицинскому уходу. 21-я хромосома, которая повторена у Даун-пациентов, как мы уже много раз отмечали, не дважды, а трижды, является ответственной за раннее начало болезни. После 50 лет все больные синдромом Дауна имеют отложения амилоида в мозге.
Самый молодой пациент, в мозге которого были найдены амилоидные отложения, был в возрасте I 3 лет. Каждый второй из 40-летних Даун-пациентов страдают БА, а после 60 лет уже каждый из них болен БА. Таким образом, инкубационный период БА — около 30 лет.
