Молекулярное зеркало здоровья⁠⁠

Новосибирским ученым удалось выяснить механизм возникновения возрастной катаракты, обнаружить потенциальные кишечные пребиотики, определить биомаркеры трудноизлечимых опухолей мозга и добиться успеха в решении задачи, важной для криминологии, – определения точного времени наступления смерти. Для этой цели они использовали новый подход, позволяющий одновременно проводить количественную оценку множества метаболических маркеров в биологических образцах

Химический состав нашего организма чрезвычайно сложен. Помимо нуклеиновых кислот и белков в клетках и тканях содержится много небольших органических молекул (аминокислот, органических кислот, сахаров и др.), которые образуются в результате различных биохимических реакций либо поступают извне. Эти относительно простые метаболиты служат «зеркалом», отражающим динамические обменные процессы, происходящие в нашем теле.

Так, измерив и сравнив содержание различных метаболитов в плазме крови, внутриглазной жидкости и хрусталике глаза, ученым из новосибирского Института «Международный томографический центр» СО РАН удалось понять механизмы развития возрастной катаракты – заболевания, которым страдает более половины всех людей старше 65 лет. Сегодня его лечат хирургическим путем – трансплантацией искусственного хрусталика.

Как известно, хрусталик преимущественно состоит из длинных прозрачных клеток-волокон, заполненных особыми белками-кристаллинами. Эти волокна остаются неизменными в течение всей жизни человека, при этом самые «старые» клетки – с которыми мы родились, располагаются в центральной части хрусталика. Под действием факторов стресса (свободных радикалов, ультрафиолетового солнечного излучения и др.) их белки могут слипаться и выпадать в осадок, вызывая помутнение центра хрусталика, – так развивается катаракта.

Защитой служат особые соединения (антиоксиданты, УФ-фильтры и др.), содержание которых в хрусталике с возрастом снижается. Раньше считалось, что эти вещества «накачиваются» в хрусталик из крови через внутриглазную жидкость. Но оказалось, что большинство из них, за исключение витамина С, синтезируется в тонком слое метаболически активных эпителиальных клеток самого хрусталика. И для профилактики и лечения катаракты нужно научиться каким-то образом восстанавливать работу этих клеток.

Работа по определению причин возникновения катаракты выполнена в рамках метаболомики – самой молодой из так называемых постгеномных наук, возникших на волне бурного развития молекулярной биологии в конце прошлого века. Как известно, все клетки нашего тела, исключая половые, имеют одинаковый геном, т.е. одну наследственную программу. При этом органы и ткани очень различаются не только по морфологии и функциям, но и по химическому составу.

В организме человека содержится около 2,5 тыс. метаболитов разных типов, содержание которых может варьировать в зависимости от состояния органа, степени развития патологического процесса и т.п. Как показывают исследования новосибирских ученых, количественная оценка динамики этого метаболома дает уникальную информацию, которую можно использовать для самых разных практических целей.

К примеру, им удалось установить, что простые сахара являются потенциальными пребиотиками, способствующими восстановлению микрофлоры при воспалительных заболеваниях кишечника, а также выявить биомаркеры агрессивных раковых опухолей мозга (глиом). Глиомы способны быстро меняться, адаптируясь к окружающей их микросреде, и эти изменения, как выяснилось, непосредственно отражаются в метаболоме сыворотки крови. Это открывает новые возможности для массового скрининга и ранней диагностики многих онкологических и воспалительных заболеваний.

С помощью методов количественной метаболомики удалось добиться успеха и в решении задачи, важной для криминологии. Сегодня для установления точного времени наступления смерти криминалисты используют ряд способов, многие из которых трудоемки, и все – недостаточно точны и универсальны. Оказалось, что наиболее перспективными образцами являются так называемые глазные жидкости (стекловидное тело и внутриглазная жидкость), которые демонстрируют почти линейные посмертные изменения концентраций ряда метаболитов.

Метаболомика как наука делает пока только самые первые шаги. Но уже понятно, что ее методы могут быть использованы для исследования широкого круга биологических объектов и решения самых разных задач, и не только в биологии и медицине.

Подробнее об этом читайте в статье «Метаболом – молекулярное зеркало жизни» в журнале «НАУКА из первых рук», 2019, №5/6 (85)