Чем занимались биологи в 2016 году – часть первая
Непрекращающаяся война с раком, разнообразные способы улучшить иммунитет, причины ожирения, игры памяти, изменчивый мозг и попытка вылечить болезнь Альцгеймера светом – наиболее запомнившиеся биомедицинские открытия уходящего года в первой части нашего обзора.
Как обычно, берясь за биологические и биомедицинские итоги года, мы должны сразу сказать, что наш обзор будет неполным: в любой современной науке сложно вот так на паре страниц текста описать всё, что происходило в ней течение года, а уже если говорить о биологии с медициной, то тут, пожалуй, и пары сотен страниц будет мало.
Можно пойти по другому пути, пытаясь на материале уходящего года угадать грядущие тренды и перспективы, однако научный прогресс замечателен как раз выдающейся непредсказуемостью, поэтому гадание о будущем мы оставим тем, кто чувствует себя более уверенным в искусстве футурологии. Наша задача намного скромнее: вспомнить некоторые, на наш взгляд, особо заметные работы – из тех, о которых мы вам рассказывали – и по возможности сгруппировать их вокруг тех или иных научных тем.
В прошлом и позапрошлом году наши итоговые обзоры начинались с Нобелевской премии – как-никак, это одно из главных событий в мире науки. В нынешнем году лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине стал Ёсинори Осуми – получил он её за свои исследования клеточной аутофагии, или самопоедания (более подробно о том, что такое клеточная аутофагия, можно узнать из нашей статьи в ноябрьском номере «Науке и жизни»).
Иногда премию присуждают за работы сугубо фундаментального толка, иногда – за более прикладные. В случае с аутофагией прикладные перспективы исследований Осуми ничуть не уступают их фундаментальному значению: с одной стороны, «самоедство» – универсальное свойство всех эукариотических клеток, с другой – дефекты в аутофагии приводят к самым разным болезням, от онкологических до иммунных.
И раз уж мы упомянули про онкологию, то и продолжим наш обзор «раковыми» статьями. Одна из самых неприятных особенностей злокачественных опухолей – это их способность метастазировать. Как ни странно, порой формированию метастазов способствует наш собственный иммунитет. Так, в октябре в Science Translational Medicine вышла статья, в которой говорилось, что антибактериальные ловчие сети, которые иммунные нейтрофилы делают из собственной ДНК, помогают метастазным опухолевым клеткам проникать в здоровые ткани.
Но всё же обычно иммунитет следит, чтобы рак не разбредался по организму, и если вдруг такое случается, это значит, что что-то не в порядке с иммунной системой: авторы другой статьи из Science Translational Medicine, опубликованной весной уходящего года, обнаружили, что злокачественные опухоли расселяются по телу не столько из-за особых метастазных мутаций, сколько из-за ослабления иммунитета. Из других факторов, способствующих метастазированию, можно указать жир и антиоксиданты, в данном случае – лекарства от диабета, снижающие уровень окислительного стресса. (Учитывая, что онкологи давно знают про двусмысленную роль антиоксидантов в развитии опухолей, в этом нет ничего удивительного.)
Что до общих причин злокачественных болезней, то тут довольно много говорят о роли «тихого воспаления», которое незаметно тлеет в недрах тела. Порой мы сами, своим неправильным питанием и вообще нездоровым образом жизни помогаем раку – скажем, некоторые опухоли могут возникнуть при злоупотреблении алкоголем и нарушениях суточного ритма. Отдельная тема – генетика рака: хотя понятно, что опухоли начинаются с мутантных клеток, определить мутационный портрет рака – задача не из простых. С одной стороны, у разных разновидностей опухолей есть свои характерные генетические дефекты, с другой – некоторые особенности опухолей возникают из-за того, что в них появляются «чужие» мутации.
В целом все работы, посвящённые онкозаболеваниям, объединяет одно – попытка найти уязвимое место болезни. И даже если мы узнаём что-то вроде того, что раковые клетки ходят бандами, или что в тесноте раковым клеткам неудобно делиться, то предполагается, что и то, и другое можно как-то использовать против самой опухоли. Что до более конкретных предложений, то, понятно, в мире каждый год испытывают великое множество лекарств и терапевтических подходов.
Мы напомним читателям только о трёх работах такого рода: во-первых, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли выяснили, что трижды негативный рак груди можно ослабить, если посадить опухоль на «голодный паёк», во-вторых, совсем недавно, в декабре, в Nature Medicine появилась статья, в которой говорилось, что голодание уничтожает лейкозные клетки – по крайней мере, у мышей; в-третьих, довольно своеобразный способ борьбы с раком предложили специалисты из Онкологического центра им. М. Д. Андерсона в Техасе, которые в прямом смысле натравили рак на самого себя.
В современной биологии и медицине порой бывает очень трудно обсуждать одну область в отрыве от другой, вот и сейчас, говоря об онкологии, мы периодически вспоминали про иммунитет, про гены, про здоровый образ жизни. Продолжим иммунитетом, про который обычно все интересуются, как его можно улучшить.
Что ж, тут целый список средств на выбор: синий свет, интересная жизнь, высокий социальный статус; если статус низкий и синего света под рукой, как назло, нет, можно просто постараться получить от чего-нибудь удовольствие. На всякий случай уточним, что хороший иммунитет – тот, который работает не слишком сильно и не слишком слабо, а в самый раз; в иммунной системе важна точная регуляция, чтобы её ответ на проблему был соразмерен и адекватен этой проблеме.
Пресловутое хроническое воспаление – пример как раз плохо работающего иммунитета (при том, что сама по себе воспалительная реакция представляет собой оружие защиты и нападения против разнообразных патогенов и заражённых ими клеток). Воспаление – штука опасная, из-за него, как мы сказали выше, увеличиваются шансы возникновения рака, а также сердечно-сосудистых и метаболических расстройств. Даже депрессия может возникать из-за воспаления – хотя обычные противовоспалительные тут вряд ли помогут.
Другой признак хорошего иммунитета – умение выстраивать отношения с кишечной микрофлорой. Мы знаем, что кишечной микрофлоре даны в нашем организме широчайшие полномочия, особенно в том, что касается обмена веществ: считается, что в зависимости от состава микрофлоры у нас могут случиться – или не случиться – ожирение и диабет. Более того, постепенно накапливается всё больше данных в пользу того, что бактерии могут активно вмешиваться и в работу нервной системы – так, в мае мы писали, что нормальная микрофлора нужна для того, чтобы в головном мозге появлялись новые нейроны.
Иммунная система, взаимодействуя с кишечными бактериями, тоже может влиять на обмен веществ: осенью в Nature Communications появилась статья исследователей из Университета штата Орегон, которые обнаружили, что в зависимости от уровня интерферона в пищеварительной системе становится меньше или больше живущих в ней симбиотических бактерий, от которых зависит метаболизм глюкозы.
Чтобы сама микрофлора хорошо себя чувствовала и хорошо себя вела, её нужно кормить правильной едой – известно, что чем разнообразнее микрофлора, тем лучше для её хозяина, а разнообразие кишечных микробов повышается от овощей, фруктов, йогуртов, кофе, чая и вина. Другой способ улучшить микрофлору – это пустить в кишечник паразитических червей, но на такой шаг мало кто решится.
В уходящем году мы узнали кое-что новое молекулярно-клеточных механизмах, связывающих ожирение и диабет – оказалось, что гибель жировых клеток при избыточном весе стимулирует иммунную воспалительную реакцию, что, в свою очередь, может привести к диабету. Ожирение же может возникать, например, из-за того, что по генетическим причинам печень плохо всасывает липопротеины, плавающие в крови. Хотя, пожалуй, самая очевидная причина появления избыточного веса – это переедание.
Почему мы едим больше, чем следует? Например, оттого, что нам не повезло с мутацией, из-за которой возникает любовь к жирному, или из-за искусственных подсластителей, или же просто из-за недосыпа – из-за недостатка сна в организме повышается уровень эндоканнабиноидов, которые и заставляют нас налегать на вкусную, но нездоровую еду.
Раз уж мы вспомнили про сон, стоит сказать пару слов и о нём. Как ни странно, нейробиологи до сих пор пытаются понять, почему мы засыпаем и просыпаемся – в одной из последних работ на эту тему говорится о нейромедиаторе дофамине, избыток которого просто перекрывает сонный сигнал в мозге. (Подчеркнём, что речь идёт не о состоянии сна и не о состоянии бодрствования, но о переключении между ними, о переходе из одного в другое.)
Кроме того, исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско ещё раз напомнили нам, что сон помогает бороться с инфекциями, а коллеги из Брауновского университета выяснили, почему на новом месте нам плохо спится – оказывается, в незнакомом окружении наш мозг из бдительности держит одно полушарие в «полубодрствующем» состоянии.
От сна было бы логично перейти к мозгу. Одной из самых популярных «мозговых» тем была и остаётся память. У памяти масса разновидностей: долговременная, рабочая, эпизодическая (хранящая в себе «случаи из жизни»), пространственная и т. д.; и её можно изучать на самых разных уровнях – на уровне отдельных нейронов, нейронных сетей, больших участков мозга или же в виде когнитивно-психологических проявлений.
Так, весной в журнале Neuron вышла статья, авторы которой рассказывали о том, как новые нейроны помогают старым сосредоточиться на специфической информации, благодаря чему память становится лучше. С другой стороны, разные нейроны в буквальном смысле соревнуются за память: информация, которая имеет отношение к одному и тому же предмету или ситуации, записывается в мозге одними и теми же нейронами, которые не подпускают к этой информации конкурентов из других нейронных сетей.
Ещё одна интригующая проблема – превращение кратковременной памяти в долговременную во время сна: перевод информации из одного хранилища в другое происходит при диалоге между разными центрами памяти; также свою роль здесь играет и наша «периферия» – летом в журнале PNAS появилась статья о том, как сердце помогает спящему мозгу работать с памятью.
Считается, что запись новой информации в нейронные цепочки сопровождается повышенной активностью некоторых генов, так что здесь нельзя не вспомнить про несколько неожиданную работы исследователей из Вашингтонского университета, которые обнаружили, что для того, чтобы память работала, как надо, некоторые гены должны, наоборот, замолчать. Как можно улучшить память? Например, меньше нервничать и есть меньше жирного.
Но память – не единственная функция мозга: мы не только помним много всего, мы ещё и воспринимаем окружающее, мы думаем, анализируем и т. д. Учитывая огромную сложность и внешнего мира, и нашей собственной психологии, стоит ли удивляться, что функции некоторых нервных клеток до сих пор нам неизвестны. Хотя прогресс тут движется по всем направлениям: так, в уходящем году в мозге нашли «нейроны жары» и «нейроны одиночества».
Но при том, что разнообразие нервных клеток, отличающихся друг от друга не только по функциям, но и по внешним признакам, непрерывно растёт, среди них, что любопытно, можно выделить «элиту», удерживающую определённую монополию на информацию, поступающую в мозг – в статье в The Journal of Neuroscience, которая вышла в начале года, говорится, что в коре мозга всего 20% нейронов пропускают через себя аж 70% всего информационного потока.
Отдельная большая тема в нейробиологии – пластичность мозга. Уже давно известно, что мозг, сформировавшись в юности, тем не менее продолжает меняться всю оставшуюся жизнь, подлаживаясь к разнообразным обстоятельствам. Изменения могут быть сугубо функциональными (здесь можно вспомнить любопытную работу исследователей из Льежского университета, которые обнаружили, что зимой и летом мозг работает по-разному), а могут прямо затрагивать строение мозга – в таком случае можно увидеть, как в тех или иных его отделах меняется, например, уровень серого вещества. Здесь, конечно, нельзя не вспомнить две работы, описывающие изменения в женском мозге: в одной говорится о том, что у женщин он периодически меняется каждый месяц, а в другой – как мозг меняется во время материнства.
Один из самых неубиваемых вопросов, который приходится слышать нейробиологам – это вредят ли мобильные телефоны мозгу. Надо сказать, что хотя медико-эпидемиологические исследования никак не подтвердили связь между вероятностью мозговых опухолей и интенсивностью использования мобильников, тема до сих пор время от времени всплывает.
В частности, мае мы рассказывали о некоей экспериментальной работе, в которой наблюдали за лабораторными животными, получавшими определённые дозы «мобильного облучения» – однако результаты получились настолько странными (в частности, оказалось, что из-за «мобильных волн» можно либо получить рак, или стать долгожителем), что в расчёт брать эти данные вряд ли стоит.
А вот намного, намного более серьёзный вопрос, связанный со здоровьем мозга, касается небезызвестных нейродегенеративных заболеваний – болезней Альцгеймера, синдрома Паркинсона и других. К сожалению, как их лечить, до сих пор непонятно, хотя о том, что происходит в мозге, поражённом нейродегенеративными процессами, мы знаем уже достаточно много (кстати, в уходящем году исследователям удалось более детально узнать, почему при болезни Альцгеймера отказывает память).
Некоторые терапевтические подходы могут оказаться вполне успешными – например, использование антител против патогенных белков, накапливающихся в больных нейронах, или «светотерапия», описанная в недавней статье в Nature (более подробно про оба метода читайте в январском номере «Науки и жизни») – но до полноценных клинических испытаний говорить о «лекарстве против болезни Альцгеймера» было бы весьма преждевременно.
Про нейродегенеративные заболевания известно, что они проявляются с возрастом, и здесь было бы уместно перейти к старению и стволовым клеткам – однако эти темы мы оставим на вторую часть нашего обзора.
