Fluegegehaumer

Я уже три серии пишу про мутации, а что это вообще такое? Если ДНК-Теломераза допускает ошибку, копируя текст, – это уже мутация? Или еще нет? Если произошла порча ДНК ультрафиолетом или радиацией – это мутация или ещё нет? Официально - ещё нет. Для того, чтобы ошибка или поломка стала мутацией, она должна закрепиться. То есть остаться по каким-то причинам незамеченной, перестать восприниматься как косяк и успешно слиться с текстом. А ещё, ошибка должна получить возможность передаваться по наследству клону или потомку. Если клетка с косяком в геноме прошла деление – значит ошибка сто процентов закрепилась и будет передаваться далее (если, конечно, совместима с жизнью).

Итак: стойкая, передающаяся от клетки к клетке ошибка в наследственной информации – это и есть мутация. По уровню возникновения мутации бывают генные (например: ошибка в слове), хромосомные (например, потеря главы книги), и геномные (например, появление третьей копии книги). Мы в теме канцерогенеза рассматриваем генные мутации, о них и будет идти речь далее.

Тема мутаций очень интересная, потому давайте разберём сегодня несколько примеров, чтобы понимать, что к чему.

Что общего у человека и морской свинки? Потеря гена.

По причине мутаций, которые произошли около 60 миллионов лет назад, у приматов был утерян ген, который является инструкцией по сборке важного фермента. Этот фермент является последним звеном в реакции синтеза аскорбиновой кислоты. Все нормальные млекопитающие могут стряпать этот жизненно важный витамин в своих клеточных лабораториях. Даже ваш кот запросто фигачит аскорбинку прямо в клетках печени не слезая с дивана, а вы, венец творенья, так не умеете. При чём, сам необходимый для этого ген (GULO) остался и болтается в геноме приматов до сих пор, но он настолько "измутантился", что превратился в бесполезную абракадабру, которая даже не читается - в псевдоген.

Почему этот важный ген был так испорчен мутациями? А фиг его знает. Одна из самых распространённых гипотез говорит о том, что витамина С у предков с лихвой хватало в рационе, потому ген попросту сначала случайно испортился - а никто даже не заметил; потом он и вовсе "отвалился" за ненадобностью и мутация перешла "по наследству" следующему виду (мутации, кстати, и сами участвуют в видообразовании, если что). Принцип "Используй, иначе потеряешь" - это про эволюцию, ага. Хотя, вполне вероятно, что вследствие потери одной функции, мы получили какие-то преимущества в другой. Плюшки, если даже они есть, остаются пока невыясненными. А вот смертоносные последствия этой замечательной мутации человечество прочувствовало на себе в ХIII веке, когда стали доступными длительные морские переходы. Витамин С критически необходим для нормальной сборки и стабилизации коллагена – самого главного белка соединительных тканей животных. Коллаген - основа костной ткани, связки, фасции, кожа, строма внутренних органов и др. Без аскорбинки этот белок получается китайского качества и все конструкции, которые на нём держатся, тупо расползаются. Первыми сдаются кровеносные сосуды - они не выдерживают давления крови и начинают «протекать». Связочный аппарат становятся никудышним – это заметно в первую очередь по зубным связкам, так как они наиболее тонкие: зубы отшвартовываются и покидают хозяина один за другим. Да фиг с ними, с зубами: в конце концов весь организм распадается, будто шитый гнилыми нитками. Вот тебе и мутация... Кушайте фрукты и овощи, ёпрст.

Кстати, приматы, в потере способности синтеза аскорбинки не одиноки: в компанию лузеров, лишившихся ценной инструкции, попали ещё морские свинки (морские, ха-ха-ха). Но, как показали генетические исследования, они утратили эту способность другим путём: вследствие иных мутаций.

Когда морковка не спасает. Ослабление функции гена.

Вот пример не такой критичный: когда-то случившиеся буквенные мутации в гене BCMO понижают способность клеток человека трансформировать бета-каротин в ретинол (витамин А). Происходит не потеря фермента, как в предыдущем случае, а небольшие изменения в составе аминокислот, потому фермент становится менее эффективным в работе. Несмертельно (потому мутация благополучно передаётся по наследству), но неприятно – у индивида, который схлопотал такой вариант гена, может развиться гиповитаминоз  витамина А. Совет жрать больше морковки для мутантов в гене ВСМО не актуален: мутанты от этого лишь становятся оранжевого цвета - а толку никакого. В овощах и фруктах содержится в основном бета-каротин, и преимущественным источником витамина А для таких людей являются продукты животного происхождения, в которых ретинол есть уже в готовом виде.

Сомнительная польза.

Мутации излишне распиарены кинематографом: как вы уже понимаете, ошибка в генах запросто может сделать многоклеточное существо несовместимым с жизнью, но никогда не наделит его какими-то эффектными супер-способностями. Максимум некоторые клетки внутри организма станут работать немного лучше: ускорятся (замедлятся) какие-то межклеточные процессы. А так как организм чрезвычайно сложная система, то польза в одном тут же может принести вред в другом.

Держите интересный пример: существует мутация в гене CCR5, которая делает человека невосприимчивым к ВИЧ-1. Вернее, мутация делает невосприимчивыми к вирусу его иммунные клетки. Неужели это какая-то клеточная броня или супер-оружие? Нет, всё весьма прозаично. Вирус иммунодефицита проникает в иммунного защитника через белковый рецептор СD4. Этот рецептор - важный распознаватель информации на оболочке Т-лимфоцитов (а также макрофагов и некоторые других иммунных клеток). Так вот, из-за ошибок в инструкции, молекула СD4 у мутантов получается короче, чем надо. Вирус просто не может к рецептору прицепиться. И чо? И всё. Прицепиться не может - значит и пролезть внутрь не в состоянии, стало быть воспользоваться оборудованием клетки, чтобы наколбасить своих копий и размножиться ему не судьба. Вот такая супер-способность. До Человека-Паука, конечно, далеко... Но всё же. Как назовём такого супер-героя? Человек-Короткий-Рецептор?

Смех смехом, но невосприимчивость к смертельно опасной болезни – действительно штука стоящая. Также подумал один китайский учёный и вмешался в геном человека, создав первых в мире ГМ детей, невосприимчивых к ВИЧ. Да, первые генетически модифицированные люди, о которых стало известно общественности, появились ещё в 2018 году.

Про эксперимент Хэ Цзянькуя подробно вы можете почитать сами, если интересно. Коротко: единственный момент, когда можно наиболее эффективно вмешаться в геном многоклеточного, это, конечно, стадия оплодотворённой яйцеклетки. То есть, когда организм представлен всего одной клеткой. Если её геном отредактировать, то все последующие клетки получат изменённый ген. Так Цьзянькуй и поступил, создав в пробирке двух близняшек, невосприимчивых к ВИЧ - он вырезал нормальный ген и вставил тот, который с "укороченной" мутацией. Кстати, по последним данным, получившиеся девочки Лулу и Нана чувствуют себя нормально, а учёный недавно вышел из тюрьмы и смиренно объявил, что собирается приступить к более законным исследованиям... Этические оценки такого потрясающего по своей значимости и наглости эксперимента мы оставим за бортом, но озадачимся вопросом в нашу тему: этот рецептор Т-лимфоциту очевидно для чего-то нужен. Лимфоцита самого вообще спросили, прежде чем у него что-то укорачивать? После эксперимента Цзянькуя стали пристально изучать людей с мутацией СD4 и заприметили, что им свойственна более ранняя смертность. Мутантный рецептор, судя по предположениям, делает иммунные клетки "подслеповатыми" к прочтению вражеских антигенов.

Естественно, такая "подслеповатость" сказывается на эффективности иммунитета. Выходит, что данная мутация делает человека невосприимчивым к одному из типов ВИЧ, но зато он становится более уязвимым к банальному гриппу. Такая себе сделка с Рогатым получается.

Человек-Кефир и Человек-Шоколад. Адаптивные мутации.

И всё же, супергерои-мутанты у нас есть. Генетические исследования последних лет говорят о том, что наши древние предки, которые жили в лесах, были умеренно пигментированными. Средней коричневости, так сказать. Выход под палящее солнце в саванну и принуждение вести дневной образ жизни (остальные биологические ниши были заняты) привели к закреплению мутаций которые делают кожу от тёмно-шоколадной до угольно-чёрной. Мы уже выяснили, что ультрафиолет активно портит ДНК, потому на экваторе защиты от него много не бывает - вот и вышли в тренд товарищи с защитным плащом помощнее. А вот предкам, переселившимся в более северные регионы, где солнце в дефиците, наоборот выжить помогли мутации, которые делают умеренно-пигментированную кожу белее. И тут всё понятно: ультрафиолет не только враг, но и друг. Он, конечно, портит ДНК, сволочь, но также необходим для выработки витамина Д. Потому на экваторе супер-героем стал супер-пигментированный Человек-Шоколад, а на севере – Человек-Кефир, который может поймать те несчастные пару лучей, на которые расщедрится северный климат и не помереть от нехватки витамина Д.

Кстати, для самых любознательных расскажу, почему голубые(синие) глаза чаще всего идут неотъемлемым бонусом к мутации светлой кожи на примере одной из самых распространённых мутаций, связанных с пигментацией. Есть ген ОСА2. По его инструкции собирается белок-транспортёр тирозина (сырья, из которого делается пигмент меланин). А есть ещё ген НЕRC2 – он регулирует количество этого белка-транспортёра. Как? А просто помогает «развернуть страницу», на которой ОСА2 записан - делает удобную для считывания петлю строки ДНК. Мутация в НЕRC2 не даёт нужному участку ДНК нормально размотаться, потому инструкция ОСА2 остаётся плохо доступной для считывания. Итог: транспортёр тирозина в дефиците, значит сырье для производства меланина не будет доставлено куда надо и пигмент делать тупо будет не из чего. Такой вот сбой в логистике получается. При этом варианте будет и кожа почти без меланина, и глаза без него: меланоциты эпидермиса и радужки будут валяться на диване и бездельничать. Это далеко не единственный вариант мутаций, связанных с пигментацией. Есть мутации в гене, кодирующем тирозиназу - фермент, который, собственно, превращает сырьё (тирозин) в пигмент. И др.

Это так не работает.

Теперь немного об ограничениях. Очень круто, (наверное) если у тебя начинает вдруг выделяться паутина. Да ещё и не из-под анального отверстия, как у порядочных пауков, а почему-то из руки... Но у мутаций, как вы понимаете, существует просто дичайшее количество потолков и ограничений. Я не буду подробно объяснять, почему выделение паутины человеком невозможно ни при каких мутациях (ни из рук, ни из-под задницы), лучше давайте разберём такую, казалось бы, простую штуку, как голубой или зелёный цвет шерсти или волос. Шерсть (волосы) млекопитающих на нашей планете может быть окрашена во все оттенки коричневого и оранжевого. Эти краски получаются при смешивании всего двух типов пигментов меланинов: коричневого эумеланина и желто-оранжевого феомеланина. Белый – это отсутствие пигментов, чёрный – очень большая их концентрация. Но ни зелёной, ни синей шерсти мы не наблюдаем. А как было бы красиво, правда? Фиолетовый кот Мурзик… Зелёный конь на зелёном лугу… Какого фига мы все какие-то уныло-коричневые??? Неужели нет синих и зелёных пигментов?

Пигменты-то есть, да не про нашу честь. Синий и зелёный пигменты запросто стряпают растения. И синий, и фиолетовый, и розовый… Какой хочешь – растения мастера биохимических художеств https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431905/A... А вот у животных подобных ферментативных путей нет от слова совсем. Другими словами, чтобы заставить меланоциты животных производить не коричневый, а, к примеру, синий пигмент, нужно более десятка специальных ферментов. А это значит, нужно иметь по меньшей мере десять различных генов-инструкций, которых у животных нет и в помине. И мутации тут, как вы понимаете, совершенно бессильны. Если так обстоят дела с одним пигментом, то что уж про такие сложные органы, как паутинные железы говорить… Так что, в нашей реальности придётся довольствоваться Человеком-Кефиром и Человеком -Шоколадом.

Во всём виноваты мужики.

Да, мутации - дело тонкое... Как правило, они вредны для организмов: полезное изменение, дающее преимущество при отборе и сохраняющееся в процессе дальнейшей эволюции, — исключительный случай. Но в целом, мутации – один один из двигателей эволюции и развития жизни на планете. Не было бы мутаций - не было бы ни Мурзика, ни кактуса, ни нас с вами. А теперь самое интересное. Вот, допустим, случилась в макрофаге товарища Василия положительная мутация. Пусть он стал бегать быстрее всех и побил рекорд на конкурсе по поеданию бактерий. Да хоть летать бы он научится, но к передаче этой способности потомку Василия макрофаг никакого отношения не имеет. За мутации, которые могут стать двигателем эволюции и будут участвовать в образовании новых способностей (и даже новых видов), отвечают исключительно половые клетки, а не соматические (все остальные). Только сперматозоиды и яйцеклетки могут передать ошибки в геноме дальше по эстафете, другому организму. Особенно накоплению мутаций подвержены сперматозоиды, так как предшественники мужских половых клеток делятся на протяжении всей жизни, отправляя в каждый поход армию миллионов в пятьдесят. С женскими половыми клетками всё иначе: предшественники яйцеклеток активно делятся ещё до рождения (во время развития эмбриона), а потом выходят на сцену поочерёдно, по одной (реже вдвоём и более). Так как сперматогонии мужчин делятся, как сумасшедшие, то и ошибки в ДНК происходят и закрепляются у них гораздо чаще. То бишь в мутациях виноваты больше мужики, чем дамы. И, чем старше мужчина, тем больше накапливается в его половых клетках мутаций. О как.

Кстати, факт большей подверженности мутационным изменениям мужских половых клеток, красиво ложится на эволюционную теорию полов Геодакяна, в которой женский пол выступает консервативным, а мужской - прогрессивным и новаторским. Об этом у меня тут: Волосатые женщины и прогрессивные мужчины: зачем нужны ДВА пола? Биология(часть 2)

Соматические мутации.

Все возможные полезные свойства мутаций испаряются, если мы переместимся внутрь многоклеточного организма. Там за одно слово «мутация» нейтрофил вас ошпарит гипохлорной кислотой, а макрофаг сожрёт, разберёт на молекулы и подметёт остатки веничком. Внутри сообщества генетически идентичных клонов, готовых умереть друг за друга, мутанты ох как не приветствуются. Мутации могут затронуть гены, которые отвечают за альтруистичное поведение клетки, а появление эгоиста в дружном сообществе может поставить под угрозу гибели всех.

Чтобы не нагнетать пессимизму, скажу сразу: клетка не становится злокачественным эгоистом за одну мутацию. Это выяснил ещё в 70 годах учёный А. Кнудсон. Он предположил, что для возникновения опухоли необходимы как минимум две последующие друг за другом мутации в одной клеточной линии, не меньше (гипотеза двойного удара). Позже выяснили: чтобы у клетки окончательно пропала совесть и она решила завоевать мир, нужно даже больше двух закрепившихся ошибок. При чём это должны быть ошибки не абыгде, а в строго определенных генах, которых насчитывается чуть более ста (всего в геноме человека генов около 20 тысяч)

Но подробнее об этом уже в следующей серии. Не уходите далеко.

(Рисунки мои, пишу книгу, тренируюсь на вас, радуюсь обратной связи)

Клетка – существо микроскопическое. Но всё относительно: малюсенькая она для нашего человеческого мира. А вот если спуститься на уровень атомов и молекул, то окажется, что клетка, которую едва разглядеть в микроскоп – это целый город с развитой инфраструктурой. Помимо «мозга», о котором говорилось тут: Мутанты-отступники многоклеточного мира. Часть 1. Права, обязанности и микро-мозги внутри клетки построен маленький заводик, фабрика, лаборатория; обустроена удобная транспортная система и логистика, коммуникации; функционируют электростанции, хранилища, экспортные и импортные системы.

3Д моделька клетки не моя, честно стырено. Красивое (^ ω ^)

Глядя на подобное великолепие возникает вопрос: кто всё это добро обслуживает?

Можно сказать, что в клетке всё автоматизировано - работает на химических реакциях - и на том успокоиться. И это действительно так. Но, на самом деле, всё немного сложнее и намного интереснее. Помимо химических реакций внутри клетки трудится специфичный эммм... биохимический персонал... А это уже немного больше, чем просто химия.

Продвинутые биохимические технологии

Если я скажу, что внутри клетки работают биохимических роботы, это будет звучать слегка (или не слегка?) шизофренично. Но, если вспомнить, что внутри вас самих прямо сейчас пашут триллионы микроскопических существ, за счёт которых вы дышите, читаете и осмысливаете написанное, - то мысль о биохимических роботах кажется уже не такой уж сверхъестественной, правда? Ведь что такое, по сути, робот? Устройство для осуществления различного рода операций, которое действует по заранее заложенной программе. Кто сказал, что робот должен быть сделан из металла? Он может быть сделан из чего угодно, хоть из пельменей - главное, чтобы выполнял свою программу.

Биохимические работники в клетках собираются по инструкциям, прописанным в генах. Помните предыдущую часть? С гена снимается копия-болванка и по ней собирается белковая молекула. Со станка-рибосомы молекула белка выходит похожей на длинные бусы, собранные из 20 видов аминокислот (порядок расположения которых и прописан в генетической инструкции). А далее происходит самосборка получившихся «бус» в определённую форму. Так как каждая аминокислота (бусина) обладает своими индивидуальными химическими свойствами – то и формы белка получаются разные. Например, некоторые аминокислоты гидрофильны – они тут же начинают взаимодействовать с окружающей их водой. А некоторые – гидрофобны, такие аминокислоты обычно «прячутся» внутрь молекулы белка, чтобы с водой не контактировать. Это, естественно, сильно влияет на конечную форму белковой молекулы.

Короче, последующая конфигурация белка зависит от набора и последовательности аминокислот, которые химически взаимодействуют с водой, друг с другом и некоторыми другими веществами. Результатом таких взаимодействий получается огромное количество трёхмерных конструкций: спиральные формы, листы, петли, клубки и всякая другая безумная хрень. Хрень которая умеет вытворять всякие поразительные штуки... Конечно, белковая молекула слишком проста, чтобы соображать: большинство белков "запрограммированы" всего лишь на какое-то одно (или два) определённых действия.

И тем не менее, это не мешает им действовать очень эффективно.

Массажист, застёжка-молния и маленький копировщик.

В предыдущих сериях мы остановились на том, что человеческая клетка получила сигнал к делению (митозу). Если у клетки хватает ресурсов, она переходит к очень важному и хлопотному периоду в своей жизни. В первую очередь - прежде чем делить свой завод, фабрику, ковёр и кота - клетка запускает процесс копирования своей библиотеки – тех самых 46 томов генетической информации. И это правильно: сначала нужно удвоить и поделить «мозги». А потом уже всё остальное.

Как переписать текст 46 молекулярных книг буква в букву, когда ты клетка? Глаз и рук нет, простая химия тут не очень-то поможет. Но есть белковые работники! Пусть каждый из них по отдельности выполняет всего одну-две определённые функции, но командой они способны выполнять довольно сложные действия.

Первой в процесс копирования ДНК вступает Топоизомераза. Топоизомераза - димер, то есть био-машинка, состоящая из двух белковых молекул, соединённых друг с другом. Функция Топоизомеразы – раскрутить плотную спираль и выпрямить погнутую жизнью молекулу ДНК, чтобы сделать её доступной для остальных работников копировальной бригады.

После того, как хребет ДНК выпрямили расслабляющим массажем, её двойную строку нужно аккуратно разъединить, чтобы не повредить сам текст. Это задача Хеликазы, которая пристраивается к ДНК и подобно бегунку на застёжке-молнии «расплетает» химические связи между двумя строчками записи. Кстати, чтобы строчки не самовоссоединились обратно, на буквы цепляются специальные белки SSВ – они фиксируют буквы подобно шпилькам и не дают им «слипаться». Теперь строчки можно копировать! Копированием занимается сложный белковый комплекс, который называется ДНК-Полимераза. Этот замысловатый "писарь" садится на одну из расплетённых строк и начинает строить её копию по принципу напротив А ставим -Т, а напротив Г – Ц.

На рисунке бригада в действии. Слаженная работа Топоизомеразы, Хеликазы, белков SSВ и ДНК-Полимеразы (и др.) создают так называемую репликативную вилку. Пока одна Полимераза ваяет копию на одной половине строки, другая то же самое делает на второй строке (только по иному принципу - копирует строку кусочками, углубляться в это не буду). Мало того, во время копирования генома хромосомы расплетаются сразу во многих местах, то есть действуют одновременно сотни репликативных вилок. Нужно отметить, что работает Полимераза и её помощники с немыслимой для нас скоростью: в среднем около 700 букв в секунду. Так, из одной молекулы ДНК получаются две. И нельзя сказать, что какая-то из них - копия, потому как в каждой из двух получившихся молекул есть старая строка и есть свежая.

Напоминаю: я объясняю самую суть, процессы на самом деле гораздо сложнее. Вот так работа копировальной бригады (процесс копирования ДНК) выглядит в 3Д анимации.

Ошибки и поломки

Так как ДНК-Полимераза не одна белковая молекула, а целый комплекс из нескольких разных белков, то она способна выполнять несколько операций. Этот биохимический робот умеет не только «читать» и копировать образец, он также сразу проверяет, правильную ли букву добавил. Это называется «работа над ошибками». Если человек, ошибившись, просто зачеркивает или стирает букву, то Полимераза, обнаружив опечатку, просто её «откусывает». Не, ну а чо? Достаточно просто и эффективно.

Не смотря на эффективную работу над ошибками, ДНК-Полимераза всё равно некоторые опечатки пропускает. А ещё она может соскользнуть со строки (потому что толстенькая?) и прошляпить целый кусок текста. В среднем у маленького молекулярного копировальщика остаётся незамеченной 1 ошибка на миллион символов. Много это или мало? Если учесть, что в геноме каждой клетки счёт идёт на сотни миллиардов букв, то довольно много. Тем более, что одна единственная опечатка, как мы знаем, может изменить «спОрт» на «спИрт» …

Помимо ошибок при копировании, молекулы ДНК сами по себе довольно уязвимы и постоянно повреждаются такими факторами среды, как ультрафиолет и радиация. Также их портят высокоактивные вещества, попадающие внутрь организма с дыханием или пищей: например разнообразные ПАУ (продукты горения) или афлатоксины (продукты плесневых грибов). Да и нормальные, физиологические процессы в клетках тоже несут опасность: активные формы кислорода, которые образуются при химических реакциях, также способны повредить текст. И это происходит постоянно. Прямо сейчас. Частота повреждений ДНК достигает по некоторым оценкам десятков тысяч событий в день на клетку.

Как мы вообще выживаем после всего этого??? 0_0

А выживаем мы благодаря работе бесчисленных ремонтных бригад, которые круглосуточно несут свою службу в ядре клетки. За нахождение поломок и починку самых разнообразных повреждений ДНК отвечает более ста типов белков. На рисунке лишь самые основные из них, и то не в полном составе.

Да, вот от этих покемонов напрямую зависит благополучие ваших клеток и ваше здоровье в частности.

О типах поломок ДНК и о том, что их провоцирует, будет отдельный подробный пост. Хочется раскрыть эту тему максимально, так как мы в данном случае являемся не просто зрителями, но и участниками, в какой-то мере влияющими на процесс. То есть мы в состоянии помочь (покемонам) в процессе сбережения своих собственных ДНК. Тем более, что у нас, в отличие от белковых роботов, всё таки имеются мозги.

Рисунки мои, пишу книгу для детей. Подумываю написать весёлую цитологию для взрослых. Тренируюсь на вас. Потому благодарю за активное участие: задавайте вопросы, пишите пожелания - постараюсь их учесть в дальнейшем повествовании.

В предыдущей серии мы разбирались, как работают «мозги» у нормальной клетки многоклеточного организма Мутанты-отступники многоклеточного мира. Часть 1. Права, обязанности и микро-мозги А сегодня познакомимся с системой передачи данных, которой почти четыре миллиарда лет. Не только лишь все, конечно, знают о молекуле ДНК, в которой закодирована информация о любом организме, но дальше начинаются непонятки: кодоны, локусы... Да и само слово код тоже какое-то неродное. Но ведь наша человечья письменность - это тоже код. По определению, письменность - это система знаков, предназначенная для фиксации, передачи данных на расстояния и придания этим данным вневременного характера. Под это определение идеально подпадает и генетическая система. Так что, предлагаю рассмотреть геном именно как биохимическую письменность живых организмов с планеты Земля.

ДНК письменность универсальна для всех живых существ на планете. Ею пользуется и бактерия, и клетка слона. Если кусок генетического кода взять у бактерии и пересадить в ДНК слона – клетка слона сможет этот кусок «прочесть» - то есть снять с него копию и выполнить какие-то действия. Мы, хомо-сапиенсы, научились использовать универсальность биомолекулярной письменности в своих целях: например, пересаживаем в геном кишечной палочки E. coli  ДНК с кодом человеческого инсулина и получаем бактерий, которые производят проинсулин в промышленных масштабах. Потрясающе, правда? Но идею этих генетических технологий мы не придумали, а всего лишь "спёрли" у вирусов. Эти мелкие твари издревле размножаются путём читерских уловок: некоторые бессовестно встраивают кусочек своей ДНК в геном клетки-хозяина, и та начинает послушно производить запчасти для клонов вируса.

Так что, все живые клетки на планете «понимают» универсальную ДНК письменность. Небольшие отличия, правда, имеются в способе хранения данных: у бактерий текст пишется не в строчку, у которой есть начало и конец, а замыкается в колечко – получается не линейная, а кольцевая ДНК (хотя есть исключения). А также встречаются некоторые «диалекты» кодировки. Например, у некоторых инфузорий почему-то знак препинания стал обозначать слово. Но я забегаю вперёд.

АТГЦ и правила правописания

В биохимической письменности задействованы не 32 знака, как в нашем алфавите, а всего 4. И это не буквы, а органические молекулы - нуклеотиды. Вот схема одной из них:

Нормальная такая "буква"... Мы, человеки, чтобы каждый раз не малякать такого бегемота, придумали обозначать его по заглавной букве молекулы нуклеотида –  А,Т, Г,Ц (Аденин, Тимин, Гуанин и Цитозин). Получился простенький алфавит, которым мы и будем пользоваться. Что можно написать всего четырьмя буквами? Оказывается, много чего. Если вы не собираетесь сочинять литературные произведения, а будете использовать письменность в сугубо практических целях.

Едем дальше. В клеточной письменности «буквы» соединяются друг с другом в одну длинную-длинную строку. Получается примерно такая околесица: –А–Ц–Ц–А–Т–А–Г–Т–Ц–Ц–А–А–Г–Г–А– и т.д. Но на самом деле в это не околесица, а вполне осмысленный текст, в котором обычно каждые три буквы обозначают одно слово. Десятки и сотни трёхбуквенных слов объединяются в законченные предложения, которые даже отделены знаками препинания: начинается предложение всегда  с ТАЦ, заканчивается комбинациями АТТ, АТЦ, АЦТ.

Что же означают трёхбуквенные слова? Многие полагают, что в ДНК написано «У Васи будут карие глаза». Не совсем (вернее, совсем не). Каждое слово из трёх «букв» в молекулярной письменности обозначает определённую молекулу: одну из 20 стандартных аминокислот. Выходит, что молекулы кодируют другие молекулы? Ну… По сути - да. Не забывайте, что это письменность жителей микроскопического измерения и не возмущайтесь. Так вот. Если каждое слово – это аминокислота, то в законченном предложении зашифрован либо определённый белок, собранный из сотен (тысяч) разных аминокислот, либо короткий (до 50 аминокислот) полипептид. Такое законченное "предложение" и есть ГЕН.

(Не забывайте, что я сейчас сильно всё упрощаю. Есть в строке ДНК ещё участки эхансеры, сайленсеры, инсуляторы, а также не все участки кода несут какой-то смысл, иногда это пустышки или повторы - но мы в такие дебри залезать не будем.)

Главное для нас - ухватить суть. Ген - это "законченное предложение", состоящее из десятков, сотен или тысяч трёхбуквенных слов, которое кодирует строение какого-то белка.

Приехали. А хде про цвет глаз? Какие, нафиг, белки?

Молекулы и цвет глаз Василия.

Белки в клеточном мире – это основа основ. Из них сделано почти всё (кроме мембран): гормоны, ферменты, сигнальные молекулы и чувствительные рецепторы к ним, ионные насосы, детали клеточного скелета, сшивки между клетками. Куда ни ткни в клеточном мире – попадёшь в какой-то белок или полипептид. Разнообразие белков воистину огромно. Белок может быть строительным: коллаген, эластин. Транспортным – альбумин, гемоглобин. Информационным – гормоны, цитокины. Отдельные белки могут объединяться в сложные комплексы. И даже машинка по сбору белков на скопированной матрице - тоже собрана из белков 0_О

А ещё белки бывают шагающими:

Это моторные белки кинезины. "Шагают" по  микротрубочке (часть клеточного скелета), которая состоит из белков тубулинов. Тащат за собой транспортную везикулу - мембранный пузырёк с какими-то полезными ништяками.

А теперь давайте всё-таки проясним вопрос про цвет глаз Василия, который не даёт нам покоя. Пигмент меланин, который окрашивает радужку глаз и волосы – это не белок вовсе, а хромопротеид. Тогда при чём тут белки?

По порядку: цвет глаз и волос зависит от определённых клеток, которые производят красящие пигменты меланины. Клетки эти называются меланоциты. То, какой именно это будет пигмент – черно-коричневый или красновато-рыжий – зависит от ферментов, которые непосредственно участвуют в химической реакции образования этих пигментов. Ферменты это что? Белки. А насыщенность цвета зависит от количества производимого клетками пигмента - это уже влияние гормонов и в какой-то мере среды (УФ излучение) Гормоны – тоже белки. Всекаете? Белки решают, какой (и сколько) пигмент будут производить ваши меланоциты.

Не совсем то, что мы все ожидали... Мы же с детства думали, что за цвет глаз отвечает 1 ген (доминантный за карий и рецессивный за голубой), и что в нём всё конкретно написано: "карий" или "голубой". А оказывается, за цвет глаз отвечают около 6 генов, и ничего кроме строения белков в генах неть. Кстати, голубой цвет глаз – это и не пигмент вовсе, а его отсутствие. Это цвет стромы - сосудисто-волокнистой ткани радужки. Голубой цвет глаз говорит о том, что меланоциты данного субъекта - ленивые сволочи, и меланин практически не производят. Такие глаза больше всего подвержены разрушающему действию ультрафиолета. Но красиво, не спорю:) Всё остальные оттенки - это сочетание цвета стромы и двух типов пигментов. Оказывается, у Василия меланоциты - молодцы. Трудяги и защитники. Не то, что некоторые.

Страницы и катушки.

С важностью белков и почему именно они прописаны в генах, мы, кажется, разобрались… Фух. Но это ещё не всё. Мы рассмотрели всего одну строку письменности. А молекула ДНК состоит из двух: напротив одной строки всегда присобачивается вторая строка. И не произвольно, а по правилам: напротив А всегда становится Т, напротив Г – Ц. Зачем именно так, почему две строки, а не одна, как у всех нормальных людей? Ну, во-первых, так всё складывается по биохимическим правилам, а во-вторых, такая конструкция надёжнее – ведь если потеряется кусок одной строки, то можно восстановить содержание текста по второй. Просто, но гениально.

Теперь немного о неудобствах. Самая длинная молекула ДНК генома человека содержит около 250 млн букв. Самая короткая - около 50 миллионов, кажется. Даже учитывая, что молекула ДНК спиральная - это её не спасает. Она БЕСПОЩАДНО длинная. Судите сами: если сложить все ДНК человеческой клетки в длину, получится около двух метров. Вы клетку свою видели вообще? Её в микроскоп едва разглядишь. А что для неё 2 метра? Как для нас от Земли до Луны? Очевидно, читать такое невозможно. Потому  строки-ДНК особым образом сворачиваются в толстые книжные тома – хромосомы. Мы же тоже не пишем в одну строку: строчки размещаются на плоской поверхности друг за другом, текст делится на пронумерованные страницы. Ну и клетки не дураки: в молекулярной письменности строчки наматываются на специальные белковые катушки-гистоны. Потом множество гистонов компактно складываются в спиральку, а спиралька упаковывается в хромосому. Вот такая любопытная клеточная «книга» получается.

Увидеть хромосому в световой микроскоп удаётся лишь при делении клетки, когда она максимально уплотняется. В ином случае она настолько тонка, что свет просто ОГИБАЕТ её, не отражаясь… А теперь осознайте, какой массив данных в этой малюсенькой до неприличия штуке...

(Кстати, хромосомы обычно рисуют в виде двух палочек, соединённых в центре. Это не совсем верное изображение – так как таким образом выглядит уже удвоенная хромосома в метафазе – во время деления клетки. Одна хромосома выглядит одной кривой колбаской, не перепутайте!)

23 хромосомы–энциклопедии с информацией переходят нам в наследство от мамы и 23 таких же энциклопедии от папы; итого получается 46 томов данных в «башке» нашей клетки. У клетки дрозофилы (любимой мухи садистов-учёных),  стоит на полочке всего 4 пары томов. У бактерий обычно один томик-хромосома и несколько брошюрок-плазмид. Ей для успешной жизни и этого хватает.

На картинке - сборник книг клетки человека разумного:

Проблемы чтения и переписывания.

Чтобы «прочесть» какой-то конкретный ген-предложение из энциклопедии, он должен быть активным (вспоминаем эпигеном и его переключатели). Ещё придётся существенно «ослабить» намотку строчки на катушку – лишь тогда нужное "предложение" станет доступным для снятия копии. Двойная строка ДНК тоже в этом участке расплетается – ведь копия снимается с одной строчки кода, а не с двух. Хлопотное дело, как видите. Над этим работают... не смейтесь, конечно же белки. Целая бригада белков-ферментов, ага. А если поставлена цель не предложение прочесть, а скопировать и удвоить ВСЮ строку ДНК??? Все чёртовы двести пятьдесят миллионов буковок??? И «переписать» всё это добро желательно без ошибок в важных местах! Дело в том, что каждый белок, который нам напоминает бесформенную кучку помёта, на самом деле имеет строго определённую трёхмерную структуру. Если в текст, по которому его собрали, закрадётся ошибка – его форма нарушится. Белок от этого может сильно и не пострадать (если ошибка будет не в «несущей» конструкции) а может превратиться в бесполезную абракадабру, которая нифига не работает. А ещё ошибка может резко изменить свойства и функции белка. Как в слове «Передохнуть» всего лишь ударение полностью меняет его смысл.

Ошибки при копировании ДНК случаются довольно часто. Но не только при копировании: строчки информационных молекул может испортить радиация, ультрафиолет, некоторые химические вещества. Целые бригады рабочих молекул трудятся над выявлением и исправлением ошибок. Но иногда всё же ошибка ускользает от внимания, может передаться по наследству дочерней клетке и закрепиться, став мутацией. О стражах генома, о мутациях - в следующий раз.

Вопрос: интересно, какие типы ошибок могут произойти? Как портит ДНК радиация, ультрафиолет и компоненты смол табачного дыма, к примеру? Или это уже дебри?

Того, кто сегодня утомился от подробностей, поддержу словами Сенеки Старшего: "Лучше изучить лишнее, чем ничего не изучить." Спасибо за любознательность!

Почему нет простых науч-поп статей про канцерогенез? (лат. cancer — рак, греч. genesis, зарождение) Да потому что это целый детективный сериал с клеточной ДНК в главной роли. Пришлось изрядно попотеть, чтобы впихнуть невпихиваемое, сократить несократимое: и всё равно готовьтесь к серии постов. Сегодняшняя тема будет про устройство клеточного "мозга", ибо чтобы понять, как и почему нормальная клетка съезжает с катушек, нужно для начала разобраться, кто такая эта нормальная клетка и как работает её кукуха.

Каждая клетка организма – будь то долгожитель нейрон или патрульный макрофаг, является добропорядочным гражданином своей страны, и не важно, как эта страна называется – Вася, Коля или Света. У гражданина-клетки обозначен строгий круг прав и обязанностей, специальность и работа, которая необходима обществу. А вы подумали, некоторые клетки только жрать на халяву, делиться и прохлаждаться умеют? Фиг там. Они ВСЕ трудятся на благо Отечества. Даже жировая клетка, которую мы все недолюбливаем (особенно на своих боках), совсем не бесполезна. Она как бабка с гигантских размеров погребом хранит в себе драгоценные запасы - не выбрасывать же в самом деле... Вдруг голодный год?!? А тут она со своим погребом: соленья-копченья. Сальце. Кушайте. В общем, все клетки исполняют какие-то социальные функции или производят определённые продукты, необходимые обществу. Общество в свою очередь, обеспечивает каждую клетку бесплатным питанием, горючкой, стройматериалами и защитой от интервентов. При этом благо организма всегда стоит над благом отдельной клетки. Несмываемым позором для клетки является тунеядство, потеря функциональности и нарушение закона даже по ошибке. За такое микроскопический гражданин добровольно уходит в мир иной (об этом было в предыдущих постах).

Такой вот, на наш человеческий взгляд, жутковатый альтруизм. А иначе-то – никак. Всего один эгоист способен всю страну привести к гибели. Но про эгоистов и их делишки рассказ ещё впереди.

Всё строго по инструкции!

Внешний вид и внутренний инструментарий каждой клетки полностью соответствует её специальности, потому клетки бывают такие непохожие внешне, а главное - изнутри.

Например, гепатоцит (клетка печени) – это мощная хим-лаборатория по обезвреживанию всяких эндотоксинов (продуктов жизнедеятельности организма) и ксенобиотиков (чужеродных для организма веществ). Потому, кстати, новогодние праздники с обжорством и обильными возлияниями для клеток печени – самые апокалиптические дни в году, в которые они пашут на износ и даже погибают прямо на службе (не верите – почитайте про токсический гепатит). А вот клетка кожи - кератиноцит - умеет производить и запасать в себе прочный белок кератин, чтобы впоследствии стать ороговевшей чешуйкой и грудью заслонить Родину от недружелюбного внешнего мира. Иммунный защитник макрофаг на такие фокусы не способен, но у него есть "лапки". Потому он умеет шустро ползать по тканям, поджирая всё, что показалось подозрительным.

Каждая клетка чётко следует определённой инструкции: какой стать, что производить, каким образом себя вести, в каком случае поделиться и по какой причине склеить ласты. А где она берёт эту информацию? Всё это прописано в геноме каждой клетки. Именно гены руководят поведением гражданина, его внутренним устройством, процессом деления и смертью.

А как же так получается?

Сейчас немного отклонюсь от темы, но предвижу, что вы зададите этот вопрос: геном ведь у каждой клетки организма абсолютно одинаковый. 46 хромосом, 23 от папы, 23 от мамы. Так? Как тогда получаются такие непохожие клетки с таким разнообразным поведением? Может у каждой из них разные куски генома?

Конечно нет, в ядре любой клетки Василия (кроме половых и тех, у которых вообще нет ядра) содержится полноценный геном, все 46 хромосом. Но это геном, в котором собрана абсолютно вся информация о Василии. А есть ещё эпигеном ("над"-геном): это совокупность «переключателей», которые те или иные гены в каждой клетке активируют или дезактивируют.

Изначально все клетки универсальны (вспоминаем стволовые клетки зиготы). В процессе дифференцировки – а это ни что иное, как последовательное выключение одних генов и активация других, клетки меняют свой фенотип (внешние и внутренние проявления) и становятся специализированными. У нейрона отрастает длиннющий аксон, гепатоцит обзаводится сложным лабораторным оборудованием, кишечная клетка - щеточной каёмкой. Заодно в процессе дифференцировки клетки постепенно теряют «бессмертие», которым была наделена стволовая прародительница (о бессмертии будет отдельный пост, это важный момент в канцерогенезе).

Можно сказать, клавиши "Вкл" и "Выкл" на одном и том же геноме приводят вот к такому потрясающему разнообразию форм и функций. Следовательно, в геноме взрослого товарища макрофага есть гены, которые отвечают за производство кератина, но они «выключены» за ненадобностью и включить их он не умеет (и не потому, что лапки, а потому, что это не его собачье дело). А у кератиноцита есть гены, которые отвечают за способность клетки амёбообразно передвигаться, как макрофаг. Но они под замком, ибо нафиг кому нужны защитные покровы, которые могут уползти по своим делам.

Клеточные «мозги»

Теперь самое интересное. Переключатели эпигенома не только отвечают за разнообразие каждой клетки (только типов клеток в организме более 200). Эпигеном для клетки – такой себе аналог мозга. Он реагирует на изменения внешней среды, "решает", как действовать в той или иной ситуации, «общается» и учитывает в решениях «мнение» собратьев. Естественно, это он делает не сам лично: хромосомы обитают в ядре клетки и на улицу гулять не выходят (как и наш мозг, собственно, который сидит в черепной коробке, но это не мешает ему всем управлять). Взаимодействие генома и эпигенома со средой, принятие решений происходит через поступление и производство определённых молекул, которые взаимодействуют друг с другом. То есть, если наш мозг работает на передаче электрических сигналов, то «мозг» клетки – на передаче биохимических. Подозреваю, что нифига не понятно, но вот (очень) упрощенная схема:

Клетке по почте приходит молекула, которая сообщает о том, что общественности нужен какой-то продукт. Разнообразных "посланий" в межклеточном пространстве плавает превеликое множество, но чтобы они достигли адресата, у клетки на оболочке должен быть подходящий рецептор. Выглядят эти послания примерно так:

Странно выглядят, да... Ну, допустим, это просто модель, но там действительно всё выглядит странно, будто собранное из г..на и палок... А клетки это умеют "читать" между прочим.

Так вот, в ответ на эту (хрень) сигнальную молекулу внутри клетки начинается шурум-бурум: запускается каскадная биохимическая реакция, которая в конце поворачивает Выкл. на Вкл. на определённом гене хромосомы клетки.

- Раз ген стал активным, значит он стал доступным для копирования: с него тут же снимается копия-матрица.

- Матрица отправляется в клеточный цех по производству белков.

- При помощи машинки-рибосомы на основе шифра этой матрицы собирается белковая молекула запрошенного продукта. Запускается серийное производство.

- Транспортный пузырёк с готовой продукцией выходит из клетки - попав в межклеточную жидкость (а потом, возможно и в кровь), продукт достигает заказчика.

- Если проблема решилась, продукта оказалось достаточно, то информация об этом опять же, через химические реакции и молекул-посланников попадёт в ядро, ген снова выключится – станет недоступным для копирования. Или же выключится сам по себе, по истечении определённого времени – всякие вариации бывают.

На самом деле всё, конечно, не так примитивно просто: подобные молекулярные многоходовки невероятно сложные и запутанные, часто решения клеткой принимаются на основе суммы или комбинации каких-то сигналов. Клетка постоянно мониторит, что происходит снаружи и изнутри, чего не хватает, а чего слишком много и принимает решения - реагирует не просто так, а "с умом". Разве это не похоже на «думание»? О важности такого «думанья» говорит тот факт, что целых 15% наших генов связаны с регуляцией и передачей сигналов!

Ну, и чтобы у вас по моему рассказу уж точно не осталось ощущения, что всё устроено просто, как пирожок, вот что о сигнальной сети между клеткой и окружающей средой говорит биолог Вальтер Кольч:

«Наше знание об этом сигнальном механизме — это только верхушка айсберга. Для чего бы мы ни пытались применить эти сети, мы сталкиваемся с грандиозной сложностью. Если посмотреть на компоненты такой сети, то их несколько тысяч, возможно, больше. Кроме этого, надо также учесть комбинаторные эффекты. Можно посчитать, что если вы пытаетесь понять такую сеть, то надо понять больше компонентов, чем существует молекул во Вселенной.»

Не, ну вы поняли? "Больше компонентов, чем существует молекул во Вселенной!" Так что клетка далеко не дурак. И "мозги" у неё имеются.

Самые главные законы.

Есть права и обязанности индивидуальные для разных типов клеток. Что разрешено нейрону, не позволено эритроциту. А есть общие законы: например, по поводу деления.

Просто так, патамушта ей взбрендило, клетка делиться не будет – иначе у нас был бы не организм, а чёрт пойми что. Чтобы запустить цикл и поделиться, клетке обязательно нужно получить запрос извне.  По каким причинам могут появиться запросы на деление? Происходит рост органа, увеличивается численность работников из-за возросших требований, нужна замена почившего собрата, идёт восстановление после травмы. Обо всём этом клетка узнаёт по молекулярным «посланиям»: обычно это маленькие белковые молекулы, которые называются факторы роста или гормоны.

Если получен запрос извне – это всё равно ещё не повод без оглядки делиться. Нужно проверить, хватает ли ресурсов для такого затратного процесса: в первую очередь энергетических запасов и стройматериалов. Мало накоплений – цикл деления клетка приостановит. Также процесс деления может остановить наличие вокруг соседей. Это называется контактное торможение: «нащупав» бок товарища, клетка перестаёт расти в эту сторону. А если товарищи "нащупаны" вокруг - то и делиться она не станет. Контактное торможение хорошо наблюдается при разведении клеток животных в чашках Петри: прикрепившись ко дну чашки, клетки активно делятся, пока не займут всё дно слоем в одну клетку. После этого деление прекращается. Хаотично друг над другом прикреплённые клетки не растут, соблюдая строгие правила добрососедства. Этот момент тоже запомните. Он важный.

Если все вышеперечисленные условия были соблюдены и цикл деления запустился, хлопоты клетки только начинаются... Потому что ей предстоит самая ответственная и важная работа - работа с геномом! Нужно будет удвоить свои "мозги", да так, чтобы не допустить роковых ошибок...

Вы пока переваривайте, а я придумаю, что будет дальше:)

Рисунки мои, пишу книгу для детей. Подумываю написать весёлую цитологию для взрослых. Тренируюсь на вас. Потому благодарю за активное участие в процессе: задавайте вопросы, постараюсь их учесть в дальнейшем повествовании.

Что ещё почитать:

Про эпигеном хорошая статья тут: https://biomolecula.ru/articles/epigenom-parallelnaia-realnost-vnutri-kletki

А тут про апоптоз - очень важно для понимания последующего материала, рекомендую: Как умирают клетки (часть 2)

Будь я бактерией, попавшей в многоклеточный организм, мне бы не хотелось повстречать этого вояку. Потому что он меня вынюхает, догонит и сожрёт. И не просто переварит, а сначала на всякий случай ошпарит ядовитым супероксид-радикалом в своём собственном "желудке". Если супероксид меня не возьмёт – он состряпает яд посильнее: перекись водорода (Н2О2). А если уж совсем по-взрослому понадобится жахнуть, то добавит к перекиси хлор и намешает гипохлорную кислоту (HOCl) . Хана, короче... Зовут этого бравого вояку Нейтрофил. Он родом из лейкоцитов, относится к пожирателям (фагоцитам) и несёт службу в Войсках Врождённого Иммунитета.

"Рождается" Нейтрофил в красном берете (зачёркнуто) в красном костном мозге. С головным и спинным мозгом этот мозг не имеет ничего общего: там нет нейронов и думать он не умеет. Зато там находится наибольшее количество стволовых клеток, с помощью которых всю нашу жизнь обновляются клетки крови. От одной из таких долгожительниц и образуется Нейтрофил (и ещё куча его собратьев). Некоторое время он зреет: меняет форму ядра и активно "варит" внутри себя разнообразное химическое оружие. Лизоцим, который разрушает прочный муреин клеточных стенок бактерий, арсенал ферментов, способных растворять белки или чужеродные ДНК, ингредиенты для создания кислородного взрыва и т.д. Всё это добро Нейтрофил стряпает и, тихонько насвистывая, аккуратно складирует внутри себя в пузырьки - гранулы. Помимо химоружия он собирает приборы слежения, которые будут опознавать сигналы клеток, известного давнего врага или антитела, которыми неизвестный враг будет облеплен. Приборы слежения вывешиваются на оболочку солдата.

Созрев и возмужав, вооруженный Нейтрофил заступает из красного костного мозга в кровоток на дежурство. Если в Багдаде всё спокойно, он, подрёмывая, болтается в сосудах вместе с остальными белыми клетками крови – безобидный, наполненный гранулами шарик размером немногим больше эритроцита. Но если поступает тревожное сообщение от клеток эпителия сосуда или других иммунных воинов, он активируется и вылезает из сосуда в ткани - в то место, откуда идёт молекулярный сигнал (то, как происходит это «вылезание», заслуживает особого внимания, расскажу отдельно).

Активированный Нейтрофил, попавший на место будущих боевых действий, становится похож уже не на шарик, а на амёбу. Вооруженную по самым продвинутым биотехнологиям амёбу. Пользуясь всевозможными датчиками он настойчиво ползёт по химическим следам, которые оставляют непрошенные гости, залезает в любые щели, настигает, обнимает цепкой цитоплазмой. И вот бактерия, которая только что бодро улепётывала при помощи жгутика, уже трепыхается в пузырьке-фагосоме внутри одноклеточного монстра. А тот деловито смешивает для неё смертельный коктейль.

А что, если бактерий окажется слишком много? К примеру, попадётся целый бактериальный агрегат (колония микроорганизмов) или разросшееся «дерево» грибка, которое не поместится ни в какой желудок - ни к Нейтрофилу, ни даже к Макрофагу? А обезвреживать надо!

На этот счёт у Нейтрофила есть особый приём. Ядовитая сеть-ловушка, которую он набрасывает на врага, лишая его и подвижности, и жизни заодно.

Происходит это так: в ответ на активные кислородные взрывы из азурофильной гранулы (одного из пузырьков с оружием), выходит азуросома – комплекс ферментов и антибактериальных молекул. Запускается сложный каскад химических реакций. Фермент нейтрофильная эластаза проникает в ядро Нейтрофила и расщепляет гистоны – белковые «катушки», на которые «намотан» его генетический материал. Хромосомные ДНК «расплетаются» в длинные нити. Оболочка ядра разрушается, нити выходят в цитоплазму клетки. Ловчая сеть готова! Но это ещё не всё: антимикробные вещества из азуросомы (лизоцим, азуроцидин, катепсин и др.) связываются с расплетёнными нитями ДНК электростатическими взаимодействиями - "навешиваются" на них, как ёлочные шары на гирлянды. Так получается не просто сеть, а сеть, обвешанная ядовитыми молекулами. Через поры, образованные в оболочке Нейтрофила специальным белком газдермином, эта ядовитая сеть набрасывается на скопления врага.

Гениально, не правда ли? Особенно учитывая, что это вытворяет одна единственная клетка, у которой даже лапок нет. Но, если вы представили, что подобное непростое «изобретение» принадлежит исключительно многоклеточным животным – спешу вас удивить ещё больше. Данную военную стратегию используют одноклеточные - социальные амёбы Диктиостелиум (диктиостеливые слизевики). Эти ребята прославились тем, что в голодные времена собираются тысячами особей и соединяются в одного большого слизня для постройки плодового тела. Так вот, эти социальные амёбы тоже применяют сети-ловушки из ДНК для защиты своих колоний. Когда слизевик, собранный из тысяч амёб ползёт по субстрату, к его тушке прилипает множество незваных гостей-бактерий, которые проникают внутрь колонии. Некоторые из социальных амёб берут на себя обязанность по их уничтожению, иначе плодовое тело, которое колония собирается построить, будет заражено и уничтожено. Так вот эти амёбы тоже пользуются сетями-ловушками из ДНК https://www.nature.com/articles/ncomms10938

Это наталкивает на интересные размышления: мы, многоклеточные животные, по родству ближе всех к воротничковым жгутиконосцам ( у которых жгутик не спереди, как у всем известной эвглены, а сзади), но наши иммунные клетки имеют потрясающие сходства с амёбообразными. Учитывая, что наш последний общий предок с амёбами существовал около миллиарда лет назад, можно предположить, что во времена образования многоклеточности (коло 800 миллионов лет назад) произошел очередной симбиоз разных одноклеточных организмов. Например, колония жгутиконосцев стала активно сотрудничать с амёбоподобными, которые чистили её от бактерий (не специально, конечно, просто пожрать любили). Такая кооперация дала огромные преимущества и тем, и другим, потому позднее клетки объединили геном. Кстати, и симбиоз, и объединение генома - обычная в эволюции практика, первый раз что-ли? Вон, до сих пор "прирученные" бактерии в виде митохондрий снабжают наши клетки энергией. И большая часть генетического материала митохондрий уже давно перекочевала в геном хозяйской клетки. Да, в вашем геноме есть ДНК этих древних бактерий. И, возможно, даже слизевиков. Но это не точно:)

Вернёмся к нашим Нейтрофилам. Рассказ о хитрых ловушках иммунных клеток будет неполным, если не поведать печальную новость, что и сам Нейтрофил чаще всего при этом процессе погибает. Такая гибель называется нетоз (от англ. Neutrophil Еxtracellular Traps). Это частный вариант апоптоза, то есть добровольного самоубийства во имя блага Отечества. Самый настоящий альтруистичный акт… Который, поверьте, не раз уже спасал вам жизнь. Но иногда выходит наоборот: чрезмерные старания нейтрофилов усложняют заболевание:

"Клинические и лабораторные опыты продемонстрировали, что SARS-CoV2 (Ковидла) действительно способен активировать нетоз в нейтрофилах человека. Результаты показали, что этот процесс связан с повышенным уровнем внутриклеточных активных форм кислорода (АФК) в нейтрофилах. Новые данные указывают на то, что нейтрофилы вызывают гипервоспаление и тромботическую микроангиопатию, тем самым увеличивая смертность от коронавируса." https://www.researchgate.net/publication/348335824_NEJTROFILNYE_VNEKLETOCNYE_LOVUSKI_Neutrophil_Extracellular_Traps_NETS

В общем, Нейтрофилы могут и перестараться. Не удивительно: все эти кислородные взрывы, перекись и ядовитые сети вредят ведь не только врагам, но и окружающим мирным гражданам. В организме, как и везде, не бывает безобидных решений - бывает лишь целесообразный выбор между меньшими и большими неприятностями. Жиза, что поделать. Но это никак не умаляет героического вклада иммунных клеток в защиту вашей тушки. В следующий раз, если загноится ранка или появится прыщик, подумайте о том, что это маленькие, но очень воинственные амёбы наводят там порядок ценой своей жизни. И мысленно поблагодарите их за это.

Пы.Сы. Да, я помню обещание рассказать о раковых клетках. В ближайших планах посты не только о причинах и процессе появления мутантов-отступников, а ещё и о том, почему они ненавидят физкультуру:)

Про апоптоз у меня тут: Как умирают клетки (часть 2)