Механизмы самообновления

С точки зрения термодинамики биологическая жизнь есть не что иное, как открытая система, которая находится вдали от термодинамического равновесия. Иными словами, это устойчивое состояние материи, возникающее в неравновесной среде и занимающееся диссипацией (рассеиванием) поступающей в него извне энергии. Существо поглощает высокоорганизованную энергию, тратит ее на поддержание своей выделенности из среды, рассеивая вокруг паразитное низкоэнергетичное тепло.

Согласно Второму закону термодинамики, в любой системе есть постоянное стремление перейти к беспорядку, к хаосу – это универсальный закон природы. Если представить существование трех сфер в определенной благоприятной среде, то возникает вопрос: что необходимо для того, чтобы эти три сферы существовали сколь угодно длительное время в оптимальном физическом состоянии высокоэнергетичного организма? Ответ напрашивается сам собой: должен постоянно функционировать некий механизм, который будет компенсировать (уравновешивать) действующее на систему Второе начало термодинамики, необходимо наличие постоянного самообновления организма! Ведь без эффекта самообновления составные части термодинамических сфер будут изнашиваться и приходить в негодность согласно тому же Второму закону термодинамики, что приведет к распаду системы. На практике этот процесс называется старением организма с последующей смертью.

Представим себе автомобиль, который активно эксплуатируется, но никогда не проходит технического обслуживания. Через определенное время этот автомобиль придет в негодность из-за поломки, связанной с износом той или иной детали. Но предположим, что у нас есть какая-то машина, которая особенно нам дорога. Например, раритетное авто Элвиса Пресли. И мы не просто проводим регулярное ТО, но и в профилактических целях заменяем комплектующие раньше, чем они придут в негодность. Такая машина будет ездить вечно. Да, внешне эта машина останется ретро-автомобилем Пресли, но на самом деле это будет уже не та машина, которая была изначально, поскольку все составляющие будут поменяны.

Но если мы можем поддерживать сколь угодно долго в рабочем состоянии дорогой нашему сердцу автомобиль, то теоретически мы также можем поддерживать в оптимальном состоянии и наш организм столько времени, сколько захотим. Гипотетически, при наличии бесперебойного работающего антиэнтропийного принципа самообновления, ничто не мешает человеку жить и 100, и 200, и 500, и 1000 лет! Процесс самообновления организма можно и нужно своевременно корректировать, а для этого надо понимать, как устроена иерархия термодинамических систем организма. На сегодняшний день это один из глобальных научных барьеров, не преодолев который, все мы вынуждены будем умирать в возрасте от шестидесяти до ста лет.

Так почему бы с помощью разума не создать инструмент, который позволит обеспечить бесконечно долгое существование организма внутри вида?

Поэтому давайте подробнее остановимся на механизмах самовосстановления и распада, которые происходят в организме, и на том, как и чем эти механизмы регулируются.

Механизм восстановления

Элементы внутри нашего тела все время заменяются, поскольку существуют так называемые стволовые клетки, которые присутствуют во всех органах и тканях и при делении образуют новые клетки органов и тканей. На этом я остановлюсь чуть подробнее, но не сильно вдаваясь в цитологические тонкости, дабы не упустить общую картину.

Какой же путь проходит мультипотентная (то есть могущая много чем стать) стволовая клетка, поэтапно делясь под воздействием биохимических стимуляторов роста?

А вот сложно сказать! Молекулярные механизмы, управляющие дифференцировкой стволовых клеток, до сих пор остаются одной из самых неисследованных тем. Некоторые ученые рисуют двухстадийную модель: от стволовых клеток до клеток, идущих по пути дифференциации. (Дифференциация – это приобретение стволовой клеткой «специальности», в результате чего она становится клеткой печени, кожи или другого органа.) Сначала происходит асимметричное деление стволовой клетки, в результате которого образуются две клетки, одна из которых сохраняет стволовую функцию, то есть остается универсальной, а вторая вступает на путь дифференциации в виде так называемого плюрипотентного клеточного предшественника (то есть клетки, готовой превратиться в результате дифференциации в клетку специализированную).

Деление происходит при наличии какого-либо фактора роста (особые растормаживающие вещества, так как стволовые клетки в подавляющем большинстве пребывают в состоянии генетической блокировки). Ну, а отделившаяся клетка-предшественник в свою очередь претерпевает целый ряд симметричных делений, образуя при этом внушительный набор трипотентных и бипотентных предшественников. То есть количество возможных превращений у клетки уменьшается от «мульти» до «три» и «би», а уж потом она становится кем-то. Как школьник, который отучился 10 классов и может поступить в любой институт, но через год-другой учебы в вузе он уже может выбрать только специализацию внутри выбранной профессии, а через 5 лет становится узким специалистом.

Один из наиболее изученных примеров – остеогенез, то есть появление новых клеток костной ткани. Асимметричное деление стволовой клетки дает начало ранней клетке-остеопредшественнику, которая в свою очередь двигаясь по пути дифференциации, преобразуется в позднего остеопредшественника, преостеобласт, остеобласт и в конечном итоге в остеоцит – клетку кости.

Все эти преобразования сопровождаются активацией и дезактивацией целого ряда клеточных биорегуляторов (Cbfa1/Runx2, Msx2, Dlx5, Osx) и экспрессией маркеров остеосинтеза: остеопонтина, коллагена I типа, щелочной фосфатазы, костного сиалопротеина, остеокальцина и других. Не забивайте голову… Важно, что нарушение регуляторного контроля на любой стадии этого процесса приводит к задержкам в дифференциации, что в итоге приводит к формированию функционально неполноценных остеобластов.

Уже известно, как сильно процесс запуска дифференцировки стволовых клеток зависит от внешнего управления разными биорегуляторами. Открывая на этом пути новые факторы роста и вещества-регуляторы, мы в будущем надеемся получить ключ к пониманию причин сбоя в цепочке дифференцирующих клеток, а значит, и к пониманию того, дисбаланс каких факторов (нехватка, переизбыток) приводит, например, к разным типам рака, а также к возникновению доброкачественных опухолей.

Еще немного гистологии: места в ткани, где находятся стволовые клетки, называются нишами стволовых клеток. Ниши – это микроокружение стволовой клетки, необходимое для её жизнедеятельности и координации поведения с нуждами организма. По современным представлениям, ниша – это связующее звено контроля и регуляции между клеткой и целостным организмом.

В нашем организме присутствуют как полипотентные стволовые клетки, так и тканеспецифические. Полипотентные клетки могут превращаться в несколько типов клеток, но в пределах одного вида ткани. Например, полипотентная стволовая кроветворная клетка дает начало всем клеткам крови, она может стать эритроцитом, лейкоцитом, тромбоцитом… А тканеспецифические стволовые клетки – это недоразвитые (малодифференцированные, по-научному) клетки одной какой-то ткани, предназначенные просто для замены «павших солдат».

Все стволовые клетки через определенные биохимические медиаторы (соматотропный гормон, соматомедин и др.) воспринимают сигнал автоматической управляющей системы головного мозга о том, насколько организму нужна или не нужна продукция новых элементов в данный момент. И в случае необходимости начинают продуцировать новые элементы, то есть начинают делиться. С возрастом количество стволовых клеток и количество соматомедина в тканях прогрессивно снижается – это доказанный факт, который косвенно подтверждает развиваемую книгой теорию.

Одно из самых значимых исследований современности по изучению продолжительности жизни было проведено японскими учеными из Keio University School of Medicine. Они провели его с целью определить гормональные пути, необходимые, чтобы прожить больше ста лет. Было обследовано 252 долгожителя (возрастом 100–108 лет) на протяжении шести лет. И получены следующие результаты: длительность жизни долгожителей была напрямую связана с количеством предшественника соматостатина – инсулиноподобного фактора роста-1 (соматомедина).

Вот примерно так организм обновляется…