Teil 1: Kann eine Person ihre Gene herausfordern?
Theoretisch können lebende Organismen sehr lange leben, fast für immer. Woher kam ein so schlechtes Eigentum wie der Tod bei Lebewesen?
Wir werden alle eines Tages sterben. Leider (und zum Glück gibt es unterschiedliche Sichtweisen) ist das Leben so gestaltet, dass wir dieses Wunder mit einem sehr unangenehmen obligatorischen Zusatz - dem Tod - abschließen.
Einige Biologen glauben, dass dies nicht immer der Fall war. Es scheint, dass der berühmte August Weismann als erster an der "Unvermeidlichkeit" des Todes zweifelte. Dies ist der Vorfahr der Weismanist-Morganist-Genetiker, die Trofim Lysenko so hasste. In seinem Vortrag, den Weismann 1881 in Freiburg hielt, sagte er: "Ich sehe den Tod nicht als primäre Notwendigkeit, sondern als etwas, das im Anpassungsprozess ein zweites Mal erworben wird." Der Tod wurde von der Natur absichtlich erfunden, um den Generationswechsel zu gewährleisten, ohne den sich das Leben nicht entwickeln kann und ohne den eine Evolution unmöglich ist.
Die Rolle der DNA bei der Vererbung war noch nicht bekannt. Es war unklar, wie die Genetik im Allgemeinen angeordnet war, und Weisman war der Ansicht, dass all dies offenbart werden würde: "Es besteht kein Zweifel daran, dass die höheren Organismen in der Version ihres Designs, die uns heute überliefert ist, die Samen des Todes enthalten." Über welche Samen sprechen wir? Natürlich über Gene. Das heißt, wenn es in eine modernere Sprache übersetzt wird, erklärt ein bekannter Biologe, dass Todesgene in alle lebenden Organismen (dh Sie und ich) eingebettet sind. Es stellt sich also heraus, dass sie sich eines Tages einschalten können und wir sofort sterben werden. Lassen Sie uns sozusagen molekularbiologischen Selbstmord begehen.
Wie weit haben wir uns geeinigt? Bis zu dem Punkt, dass lebende Organismen irgendwie darauf programmiert sind, Selbstmord zu begehen? Es mag verrückt erscheinen. Jeder kennt den Instinkt der Selbsterhaltung und im Allgemeinen, was kann für den Körper und einen Menschen wertvoller sein als sein eigenes Leben?
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Das höchste Ziel eines lebenden Organismus
Aus humanitärer Sicht, dh unserer menschlichen Selbstsucht, ist das Leben natürlich der höchste Wert. Aber der Autor dieser Zeilen ist ein professioneller Biologe und sogar mit einer Vorliebe für Medizin. Daher betrachte ich eine Person auch als ein Lebewesen, das mit Wirbeltieren, Tieren, Säugetieren aus der Ordnung der Primaten, der Gattung Homo und der Art Sapiens verwandt ist. Und ich weiß, dass es für alle Lebewesen etwas gibt, das viel wertvoller ist als ihr eigenes Leben. Dies ist das Genom ihrer Spezies. Die Menge aller Gene, die bestimmt, was diese Kreatur ist, welche Art von Kreatur es ist.
Und das ist wirklich wichtig. Das Genom jeder Art hat sich infolge von zig und Hunderten von Millionen Jahren Evolution gebildet, und wenn es einmal verloren geht, wird die Art vollständig verschwinden, was bedeutet, dass all diese Millionen von Jahren vergeblich vergangen sind. Alle Lebewesen und in ihrer Anzahl bei Ihnen von ihren Eltern erhalten eine Kopie des Genoms, überprüfen dessen (Kopien-) Leistung während seines Lebens, und wenn sich herausstellt, dass die Kopie gut ist, wird sie an ihre Kinder weitergegeben. Jemand anderes fragt nach dem Sinn des Lebens? Aus biologischer Sicht sieht es so aus. Ich habe es bekommen, ein wenig benutzt und, wenn es gut funktioniert, habe ich es weitergegeben.
Normalerweise stimmen die Interessen des Genoms vollständig mit den Interessen seines temporären Trägers überein. Wenn die Kreatur stirbt, die keine Zeit hat, Nachkommen zu hinterlassen, geht eine Kopie ihres Genoms für immer verloren. Aber manchmal treten sehr unangenehme Situationen auf, in denen die Wünsche des Trägers selbst nicht mit den Bedürfnissen des Genoms übereinstimmen. Und dann zeigen uns unsere Gene sofort, wer der Chef des Hauses ist.
Ein gutes Beispiel ist Bierhefe, eines der beliebtesten Forschungsthemen unter Biologen. (Ich vermute, dass dies auf ein wunderbares Nebenprodukt zurückzuführen ist, das sie produzieren können.) Hefe ist ein eher primitiver einzelliger Pilz und kann auf zwei Arten leben: ungeschlechtlich vermehren oder sexuelle Fortpflanzung für sich selbst arrangieren.
Wenn in ihrem Leben alles in Ordnung ist, vermehrt sich die Hefe und spuckt neue Zellen aus sich selbst aus, ihre exakten Kopien-Klone. Der Vorgang kann viele Male wiederholt werden, und die Hefe lebt sehr lange, vermehrt sich und versucht, so viel Platz wie möglich zu gewinnen. Die Entwicklung in diesem Modus ist extrem langsam, da die Variabilität sehr gering ist, neue und alte Zellen in der Umgebung gemischt werden und es viele alte gibt. Im Allgemeinen Stagnation.
Aber dann beginnen sich die Bedingungen zu verschlechtern (zum Beispiel wurden alle einfachen Lebensmittel, die sich in der Gegend befinden, gegessen). Hefezellen haben das Gefühl, dass das Werbegeschenk vorbei ist, und "entscheiden" sich, ihre eigene Entwicklung zu beschleunigen, um wieder in der Lage zu sein, sich schnell an neue Bedingungen anzupassen. Dies geschieht mit zwei Dingen:
Obligatorische sexuelle Fortpflanzung wird eingeführt.
Zu diesem Zweck vereinbaren Hefezellen, welcher von ihnen ein Junge und welcher ein Mädchen sein wird, und arrangieren einen Genaustausch.
Schneller Tod erscheint.
Programmierter Tod von Hefezellen, der unter bequemeren Bedingungen der asexuellen Fortpflanzung fehlt. Es ist offensichtlich notwendig, damit die alte Hefegeneration Platz für die neue schafft, die aus dem "Mischen" von Genen resultiert.
Und wissen Sie, welches Signal den programmierten Tod von Hefezellen auslöst? Pheromon - eine Substanz, die die Hefe eines Geschlechts die Vertreter des anderen Geschlechts wahrnimmt. Die Entdeckung dieser Tatsache verursachte viel Lärm in der Menge der Hefewissenschaftler. Hier ist eine so herzzerreißende Geschichte von Liebe und Tod in Bierhefe.
Opfer ist eine allgemeine Regel
Das heißt, sobald die Spezies ihre eigene Entwicklung beschleunigen musste, wurden die Interessen einzelner Individuen sofort für das Genom Seiner Majestät geopfert. Und diese Regel, die für einzelne Personen traurig ist, kann auf Kreaturen jeder Komplexität zurückgeführt werden.
Denken Sie an die Einjährigen, die sterben, sobald ihre Früchte reif sind. Übrigens sind sie möglicherweise überhaupt nicht jährlich. Nur einmal züchten. Zum Beispiel lebt Bambus jahrzehntelang und blüht dann, bildet Samen und stirbt dann. Beachten Sie, dass einige Mutationen in den Genen einer einjährigen Pflanze daraus … eine Staude machen können. Zum Beispiel gelang es belgischen Genetikern, die Arbeit wurde in Nature veröffentlicht.
Denken Sie, dass dies nur für Pilze und Pflanzen gilt? Hier sind die Insekten. Die Krone der Evolution übrigens! Fragen Sie einen wirbellosen Zoologen, der cooler ist - Dipteren oder einige ungeschickte kahle Affen? Eintagsfliegen leben nicht lange: von ein paar Stunden bis zu ein paar Tagen (abhängig von der spezifischen Art), weil sie keinen … Mund haben. Sie können nicht essen und an Hunger sterben. Gefällt es jeder einzelnen Eintagsfliege? Ich glaube nicht. Sind sie mit dem Genom ihrer Spezies zufrieden? Ich bin sicher. Einfach, weil es eine sehr erfolgreiche, dh weit verbreitete und sehr langjährige Tierart ist. Viel älter als du und ich.
Brechen Sie das System, ändern Sie das Programm
Seltsamerweise gibt es also suizidale genetische Programme. Aber wir haben überhaupt nicht darüber gesprochen, um noch einmal über die Anordnung der lebendigen Natur zu staunen. Es gibt eine viel dringlichere Frage, die jeden von uns betrifft. Erinnerst du dich - "wir werden alle sterben"? Hat unser Genom nicht etwas mit dieser traurigen Tatsache zu tun? Haben wir nicht von unseren primitiven Vorfahren ein genetisches Programm geerbt, dessen Zweck es ist, uns ins Grab zu bringen?
Ich werde versuchen, Ihnen zu beweisen, dass es so ist. Und wir können es uns durchaus leisten, dieses Programm zu brechen. Weil es nur zum Zweck der Beschleunigung der Evolution des Menschen als biologische Spezies benötigt wird. Aber das brauchen wir nicht mehr, denn anstelle des Evolutionstempos einer Schnecke verwenden Menschen seit langem eine viel schnellere und effektivere Überlebensmethode als Spezies - den technischen Fortschritt. Dies bedeutet, dass er nicht mehr alle Arten von unangenehmen evolutionären Werkzeugen benötigt und diese ausgeschaltet werden können, egal wie Seine Majestät das menschliche Genom dagegen protestierte.
Mit anderen Worten, es ist durchaus möglich, die Frage zu stellen, ob wir auf dem Weg von einer Generation zur nächsten weiterhin ein temporäres Repository von Genen sein wollen. Eine biologische Maschine, die blind den Befehlen ihres eigenen Genoms folgt? Ist es Zeit für einen Maschinenaufstand?
Teil 2: Wie das genetische Programm Menschen ins Grab treibt
Die größte Bedrohung für den Menschen ist das biologische Altern, dh die langsame Schwächung der Körperfunktionen, die unaufhaltsam die Wahrscheinlichkeit des Todes erhöht. Es gibt allen Grund zu der Annahme, dass das Altern das Ergebnis eines genetischen Programms ist.
Bei aller Größe der Menschheit und des Menschen sind Sie und ich nichts anderes als biologische Maschinen. Unsere Eltern haben ein Programm in uns hochgeladen - unser Leben, unser Genom - die Ausführung dieses Programms. Was ist es? Die Tatsache, dass wir uns in Form eines Embryos entwickeln, geboren werden, erwachsen werden und, wenn die heruntergeladene Kopie des Genoms bei uns erfolgreich war, diese Kopie an unsere Kinder übertragen müssen. Aber das Programm endet nicht dort. Weil es auch eine letzte Phase gibt - es ist notwendig, einen Platz in der Höhle freizugeben, damit die nächste Generation, mit anderen Worten, sterben kann.
Wenn alle mit den ersten Phasen des Programms einverstanden sind, denken sie irgendwie nicht gerne über den letzten Teil nach. Und nicht nur normale Menschen, sondern auch professionelle Wissenschaftler. Vielleicht liegt das daran, dass die meisten Biologen das Leben und all seine Erscheinungsformen sehr lieben. Deshalb sind wir Biologen geworden. Es ist für uns immer viel interessanter zu untersuchen, woher etwas kommt, als wohin es später geht und wie es zerstört wird.
In dieser Hinsicht ist die Geschichte der Untersuchung von Proteinen sehr lehrreich (ihr anderer Name ist Proteine, dies ist speziell das, was in unseren Genen kodiert ist, der wichtigste Teil in jedem lebenden System). Der Prozess der Proteinsynthese in Zellen wurde bereits in den 50er Jahren genau untersucht und sehr schnell herausgefunden, wie dies geschieht. Seit den 70er Jahren haben alle Lehrbücher den entsprechenden Mechanismus beschrieben, der perfekt funktioniert und ständig alle Proteine produziert, die wir brauchen. Frage: Wohin gehen sie dann? Sie leben nicht für immer. Die Zelle würde einfach aus all den synthetisierten Proteinen platzen. Aber aus irgendeinem Grund haben sich Biologen "nicht viel mit diesem Thema beschäftigt". Und übersehen ein großes und komplexes System des Proteinabbaus. Es nimmt mehr als 10% aller unserer Gene ein und bestimmt genau, wie lange ein bestimmtes Protein leben soll.abhängig von seiner Funktion. Einige von ihnen leben nur wenige Stunden, andere bleiben jahrelang im Käfig. Sie begannen erst Ende der 80er Jahre darüber zu waschen, und der Nobelpreis wurde für die Entdeckung eines Systems zur gezielten Zerstörung von Proteinen verliehen.
Verwöhne das Programm
Ist eine ähnliche Geschichte nicht mit dem programmierten Tod des Organismus passiert? Vielleicht wollten Biologen nicht nur darüber nachdenken? Und vergebens! Denn wenn auch unser Tod wie unsere Geburt programmiert ist, haben wir eine große Chance, besser und länger zu leben. Tatsache ist, dass die Biologie mit all ihren Errungenschaften eine ziemlich junge Wissenschaft ist. Wir wissen immer noch ziemlich genau, wie die lebende Natur angeordnet ist, und wissen immer noch nicht, wie wir verschiedene neue biologische Systeme schaffen können, die für uns nützlich sein könnten, um unser eigenes Leben zu verlängern. Aber wenn unser Tod aufgrund der Aktion des Programms passiert, besteht keine Notwendigkeit, etwas aufzubauen. Im Gegenteil, es ist notwendig zu brechen. Brechen Sie die letzte Phase dieses Programms, die für uns fatal ist. Darüber hinaus ist es sogar möglich, es nicht vollständig zu brechen (dies kann gefährlich sein und ist wahrscheinlich immer noch unmöglich). Es ist ganz einfach, sich irgendwie einzumischen und diesen Mechanismus in die Räder der Stöcke einzuführen. Für alle Jugendlichen der Biotechnik und Biologie wissen wir irgendwie schon, wie man bricht. Und dann wird der Mechanismus schlechter funktionieren, was bedeutet, dass wir länger leben werden.
Und doch gibt es einen ähnlichen Mechanismus des programmierten Selbstmordes im menschlichen Körper? Vielleicht haben die Wissenschaftler es irgendwie übersehen, nur weil es nicht da ist und nicht weil sie nicht hinsehen wollten? Bei allem Respekt gegenüber meinen Kollegen denke ich nicht. Und dann werde ich versuchen zu beweisen, wie es in einer so laxen Wissenschaft wie der Biologie im Allgemeinen möglich ist, dass wir dieses Programm haben. Und Sie können durchaus anfangen, dagegen anzukämpfen. Um herauszufinden, worum es geht, müssen Sie diese Artikelserie bis zum Ende lesen.
Über welche Art von Programm können wir sprechen? Es gibt mehrere Möglichkeiten, und beginnen wir mit der einfachsten. Es gibt eine sehr böse und tödliche Sache wie Sepsis. Es passiert normalerweise, wenn das Blut mit Bakterien infiziert wird. Das heißt, wenn eine große Anzahl von Mikroben ins Blut gelangt, ist dies sehr gefährlich. Die Temperatur eines Menschen steigt stark an, die sogenannte systemische Entzündung entwickelt sich und der Prozess endet höchstwahrscheinlich auf die traurigste Weise - der Patient stirbt. Dies funktioniert übrigens auch bei anderen Tieren - Ratten, Mäusen und anderen Tieren.
Warum passiert das? Es scheint, dass alles klar ist. Bakterien vermehrten sich im Blut, das Immunsystem kann mit ihnen nicht umgehen und sie "fressen" den menschlichen Körper von innen heraus. Und was, fragt man sich, könnte uns mit einer so einfachen und verständlichen Erklärung nicht passen?
Tödliche Immunität
Aber hier ist das Problem. Irgendwann stellte sich heraus, dass der gleiche Effekt erzielt werden kann (natürlich nicht beim Menschen, sondern in einem Experiment an Ratten), wenn tote (!) Bakterien in das Blut eingebracht werden. Sie können nichts reproduzieren oder "essen". Und die Symptome sind die gleichen - Fieber und Entzündungen und infolgedessen Tod durch Versagen mehrerer Organe. Aha! - sagten die interessierten Wissenschaftler, - es bedeutet, dass Bakterien an sich nicht schrecklich sind, sondern weil sie eine sehr giftige Substanz für Menschen (oder Mäuse) enthalten! Es verursacht auch einen septischen Schock. Sie begannen eine solche Substanz zu verstehen und wirklich von Bakterien oder vielmehr von ihren Schalen zu isolieren. Wenn es gereinigt und in das Blut eines Tieres eingeführt wird, stirbt die unglückliche Kreatur ebenfalls an einem septischen Schock. Was ist das für eine Substanz? Was für ein schreckliches Bakteriengiftwas wurde sofort Endotoxin genannt - das heißt das innere Gift von Bakterien?
Es stellte sich heraus, dass dies ein einfaches Polymer ist, das aus Resten von Zuckern und Lipiden besteht - Lipopolysaccharid (englische Abkürzung - LPS). In seiner chemischen Essenz ist die Substanz völlig harmlos, es ist nur ein Baumaterial, das die Zellwand von Bakterien bildet. Wie kann LPS für Säugetiere toxisch sein? Sie begannen weiter zu verstehen und fanden heraus, dass Säugetiere spezielle Proteine haben - LPS-Rezeptoren, die das Blut ständig auf das Auftreten dieser Substanz überwachen. Und wenn sie eine bestimmte Menge an LPS nachweisen, lösen sie eine schreckliche Kaskade biologischer Reaktionen aus, die wir als septischen Schock bezeichnen. Wenn wir eine mutierte Maus herstellen, die ein gebrochenes Gen für diesen Rezeptor hat, ist für eine solche GVO-Maus die tödlichste Dosis von LPS absolut harmlos.
Ihr Körper wird das "Endotoxin" einfach nicht bemerken und weiterhin glücklich weiterleben. Sie können dieses Selbstmordprogramm auf andere Weise brechen. Die unheimliche Entzündungskaskade als Reaktion auf LPS ist Teil des körpereigenen Immunsystems. Wir kennen Substanzen wie Kortikosteroide wie Dexamethason, die das Immunsystem gut unterdrücken können. Wenn LPS zusammen mit Dexametozon in eine Maus injiziert wird, erkennen und übertragen die LPS-Rezeptoren der Maus natürlich ein Signal "nach oben" an das Immunsystem. Dies wird jedoch zu nichts Schrecklichem führen, da es deaktiviert wird. Und die Maus wird überleben.
Wenn wir all diese schrecklichen Details weglassen, lautet die Schlussfolgerung im Allgemeinen wie folgt: Der Tod durch einen septischen Schock ist das Ergebnis der Arbeit eines speziellen Selbstmordprogramms. Der Körper tötet sich selbst, wenn er in sich eine ausreichend große Anzahl pathogener Bakterien findet. Inzwischen ist viel über dieses Programm bekannt: Wie es startet, welche Teile des Immunsystems es aktiviert, wie und wann der Prozess in eine irreversible Phase eintritt.
Opfer für den Rest
Es stellt sich eine vernünftige Frage, die von Biologen jedoch sehr ungeliebt ist: Warum? Warum hatten Säugetiere dieses tödliche System? Es wird definitiv nicht von einem separaten Organismus benötigt. Ohne das septische Schocksystem hätte er zumindest eine gewisse Chance, die Infektion zu "zerquetschen" und zu überleben. Aber die Natur gibt diese Chance nicht und beendet das Unglückliche, und selbst wenn die Bakterien, die ihn infiziert haben, bereits tot sind. Warum?
Eine genaue Antwort auf diese Frage kann natürlich nicht gegeben werden, denn die Wege der Evolution sind unergründlich … na ja, oder derjenige, der sie dorthin lenkt. Aber tatsächlich sieht diese ganze Geschichte sehr vernünftig und praktisch aus. Richtig, nicht aus der Sicht eines einzelnen Menschen als Krone der Natur, sondern aus der Sicht Seiner Majestät des Genoms des Homo sapiens.
In primitiven Zeiten, die nach evolutionären Maßstäben erst vor wenigen Sekunden waren, war ein infiziertes Individuum für den Rest seiner Spezies äußerst gefährlich. Weil er die Infektion auf sie übertragen, die gesamte Population infizieren und … was ist, wenn dies die letzte Population dieser Art ist? Dann wird er (die Spezies) verschwinden und damit sein Genom. Schlimmer noch, auch wenn die Krankheit nicht tödlich ist, ist sie dennoch sehr gefährlich. Tatsache ist, dass der Körper im Anfangsstadium Infektionen bekämpft, indem er sehr giftige Substanzen - freie Radikale - synthetisiert (ich werde in einer der folgenden Spalten darüber sprechen).
Diese Substanzen sind mutagen. Und wenn die Infektion schwerwiegend war, werden viele Radikale synthetisiert, und dies ist bereits eine direkte Bedrohung für das Auftreten zu vieler Mutationen im Genom. Wie wird ein krankes Individuum überleben und mit all seinen Mutationen Kinder mit unverständlichen Genomen zur Welt bringen? Gefährlich! Aus der Sicht der Art und vor allem ihres Genoms ist es sehr vorzuziehen, wenn das infizierte Individuum nirgendwo hinläuft, ruhig unter dem nächsten Busch liegt und … stirbt, ohne Verwandte zu infizieren und nicht mehr an der Fortpflanzung teilzunehmen. Dies ist das Ziel des Programms für septischen Schock.
Aber in der modernen Welt braucht ein Mensch ein solches Programm überhaupt nicht. Weil wir Antiseptika und Antibiotika haben.
Und über das Alter
Nun, der tapfere Leser, der sich an diese Zeilen gehalten hat, wird sagen, sagen wir, Sepsis ist ein Programm. Glücklicherweise ist der septische Schock bei weitem nicht die Haupttodesursache bei Menschen. Es gibt andere, die viel häufiger sind. Und was haben sie mit Programmen, Genomen und dem Aufstand biologischer Maschinen zu tun?
Die Antwort lautet: Wissen Sie, was die häufigste Todesursache ist? 100% der Menschen über 20 Jahre bedrohen? Das ist biologisches Altern! Das heißt, eine langsame und beständige Schwächung der Körperfunktionen mit dem Alter, die unaufhaltsam die Wahrscheinlichkeit des Todes erhöht. Der Autor gehört also zu den Biologen, die glauben, dass wir allen Grund haben, das Altern als Ergebnis der Aktivität eines solchen genetischen Programms zu betrachten. Und in der nächsten Ausgabe unserer Bio-Serie werde ich versuchen, Ihnen Beweise für diese kühne Hypothese zu präsentieren, und nackte Evolutionsmeister werden mir dabei helfen.