1. del: Ali lahko človek izzove svoje gene
Teoretično lahko živi organizmi živijo zelo dolgo, skoraj za vedno. Od kod tako slaba lastnost, kot je smrt, pri živih bitjih?
Vsi bomo nekega dne umrli. Na žalost (in morda na srečo obstajajo različna stališča) je življenje urejeno tako, da dobimo ta čudež skupaj z zelo neprijetnim obveznim dodatkom - smrtjo.
Nekateri biologi menijo, da to ni bilo vedno tako. Zdi se, da je slavni August Weismann prvi podvomil o "neizogibnosti" smrti. To je prednik weismanistično-morganističnih genetikov, ki jih je Trofim Lysenko sovražil. V svojem predavanju, ki ga je Weismann leta 1881 podal v Freiburgu, je dejal: "Smrt ne doživljam kot primarno potrebo, ampak kot nekaj, kar je pridobljeno drugič v procesu prilagajanja." Torej je smrt namerno izumila narava, da bi zagotovila spremembo generacij, brez katere se življenje ne more razvijati in brez katere evolucija ni mogoča.
Vloga DNK pri dednosti še ni bila znana. Ni bilo jasno, kako je genetika urejena na splošno, in Weisman je menil, da se bo vse to razkrilo: "Ni dvoma, da višji organizmi v različici njihove zasnove, ki je danes prišla do nas, vsebujejo seme smrti." O katerih semenih govorimo? Seveda o genih. Če je preveden v sodobnejši jezik, je znani biolog izjavil, da so smrtni geni vgrajeni v vse žive organizme (torej na vas in mene). Tako se izkaže, da se nekega dne lahko vklopijo in takoj bomo umrli. Naredimo, tako rekoč, molekularno biološki samomor.
Kako daleč smo se dogovorili? Do te mere, da so živi organizmi nekako programirani za samomor? Lahko se zdi noro. Vsakdo ve za nagon samoohranitve in na splošno, kaj je za telo in človeka lahko bolj dragoceno kot njegovo življenje?
Promocijski video:
Najvišji cilj živega organizma
S humanitarnega vidika, torej naše človeške sebičnosti, je seveda največja vrednota življenje. Je pa avtor teh vrstic profesionalni biolog in celo z nagnjenjem k medicini. Tako tudi človeka štejem kot samo živo bitje, povezano z vretenčarji, živalmi, sesalci iz reda primatov, rodu Homo, vrste sapiens. In vem, da za vsa živa bitja obstaja stvar, ki je veliko bolj dragocena od njihovega lastnega življenja. To je genom njihovih vrst. Nabor vseh genov, ki določa, kaj je to bitje, kakšno bitje je.
In to je res pomembna stvar. Genom vsake vrste se je oblikoval kot rezultat več deset in sto milijonov let evolucije, in če jo enkrat izgubimo, bo vrsta popolnoma izginila, kar pomeni, da so vsa ta milijona let minila zaman. Vsa živa bitja in v svojem številu z vami od staršev prejmejo kopijo genoma, v času njegovega preverjanja preverijo (kopijo) delovanje, in če se kopija izkaže za dobro, se ta prenese na njihove otroke. Se še kdo sprašuje o smislu življenja? Z vidika biologije je videti tako. Dobil sem ga, ga malo porabil in, če deluje dobro, sem ga prenesel naprej.
Običajno interesi genoma popolnoma sovpadajo z interesi njegovega začasnega nosilca. Če bitje, ki nima časa zapuščati potomcev, umre, bo kopija njegovega genoma za vedno izgubljena. Toda včasih se zgodijo zelo neprijetne situacije, ko želje samega nosilca ne sovpadajo s potrebami genoma. In potem nam naši geni takoj pokažejo, kdo je šef hiše.
Dober primer je pivski kvas, eden najljubših predmetov raziskovanja med biologi. (Sumim, da je to posledica čudovitega stranskega proizvoda, ki ga lahko proizvedejo.) Kvas je precej primitivna enocelična gliva in lahko živi na dva načina: razmnoževanje aseksualno ali prirejanje spolne reprodukcije zase.
Če je v njihovem življenju vse v redu, potem se kvas razmnoži, izpljune nove celice iz sebe, njegovih natančnih kopij-klonov. Postopek se lahko ponovi večkrat, kvas pa živi zelo dolgo, množi se v številu in poskuša zajeti čim več prostora. Evolucija v tem načinu je izjemno počasna, saj je spremenljivosti zelo malo, v okolju se mešajo nove in stare celice, veliko pa je tudi starih. Na splošno stagnacija.
Potem pa se pogoji začnejo slabšati (na primer pojesta vsa preprosta hrana, ki je na območju). Celice kvasovk menijo, da je prostega konca konec in se "odločijo" za pospešitev lastne evolucije ter si povrnejo sposobnost hitrega prilagajanja novim razmeram. To se naredi s pomočjo dveh stvari:
Uvede se obvezno spolno razmnoževanje.
V ta namen se celice kvasovk dogovorijo o tem, kdo od njih bo fant in kateri deklica, in poskrbijo za izmenjavo genov.
Pojavi se hitra smrt.
Programirana smrt celic kvasovk, ki je odsotna v bolj udobnih pogojih aseksualne reprodukcije. Očitno je potrebno, da lahko stara generacija kvasovk ustvari prostor za novo, ki je posledica "premeščanja" genov.
In veste, kaj je signal, ki sproži programirano smrt celic kvasovk? Feromon - snov, ki jo kvas enega spola zaznajo predstavniki nasprotnega spola. Odkritje tega dejstva je povzročilo veliko hrupa v množici znanstvenikov s kvasovkami. Tu je tako srhljiva zgodba o ljubezni in smrti v pivskem kvasu.
Žrtvovanje je splošno pravilo
Se pravi, da so vrste, ki so bile potrebne za pospešitev lastne evolucije, takoj za žrtvovanje Genom njegovega veličanstva takoj žrtvovale interese posameznih posameznikov. In to pravilo, žalostno za posameznike, je mogoče zaslediti na bitjih katere koli kompleksnosti.
Pomislite na enoletnice, ki odmrejo takoj, ko dozori njihov plod. Mimogrede, morda sploh niso letne. Samo enkrat vzrejati. Na primer, bambus živi desetletja, nato pa cveti, oblikuje semena in nato odmre. Upoštevajte, da ga lahko nekaj mutacij v genih letne rastline spremeni v … trajnico. To so na primer uspeli belgijski genetiki, delo je bilo nagrajeno v publikaciji Nature.
Mislite, da to velja samo za gobe in rastline? Tu so žuželke. Mimogrede, krona evolucije! Vprašajte katerega koli nevretenčarja zoologa, ki je hladnejši - diterani ali kakšne nerodne plešaste opice? Mayflies ne živijo dolgo: od nekaj ur do nekaj dni (odvisno od posebne vrste), ker nimajo … ust. Ne morejo jesti in umreti od lakote. Ali je všeč vsakemu posamezniku? Mislim, da ne. Ali so zadovoljni z genomom svojih vrst? Prepričan sem. Preprosto zato, ker gre za zelo uspešno, torej razširjeno in zelo dolgoletno živalsko vrsto. Precej starejši od tebe in mene.
Prekinite sistem, spremenite program
Torej, nenavadno je, da obstajajo samomorilni genetski programi. Ampak o njih smo se sploh začeli pogovarjati, da ne bi še enkrat presenetili urejenosti žive narave. Obstaja veliko bolj pereče vprašanje, ki zadeva vsakega od nas. Se spomnite - "vsi bomo umrli"? Ali nima naš genom kaj skupnega s tem žalostnim dejstvom? Ali nismo od svojih primitivnih prednikov podedovali kakšnega genetskega programa, katerega namen je, da nas pripelje v grob?
Poskušal vam bom dokazati, da je tako. In si lahko precej privoščimo, da bi prekinili ta program. Ker je potreben izključno za pospešitev evolucije človeka kot biološke vrste. Vendar tega ne potrebujemo več, saj ljudje namesto polževega tempa evolucije že dolgo uporabljajo veliko hitrejšo in učinkovitejšo metodo preživetja kot vrste - tehnični napredek. To pomeni, da ne potrebuje več vseh neprijetnih evolucijskih orodij in jih je mogoče izklopiti, ne glede na to, kako je njegovo veličanstvo človeški genom protestiralo proti temu.
Z drugimi besedami, povsem mogoče je postaviti vprašanje, ali želimo še naprej biti začasno skladišče genov na poti od generacije do generacije? Biološki stroj, ki slepo sledi ukazom lastnega genoma? Je čas za strojno vstajo?
2. del: Kako genetski program ljudi poganja v grob
Največja nevarnost za človeka je biološko staranje, to je počasno slabljenje telesnih funkcij, neizprosno narašča verjetnost smrti. Obstajajo vsi razlogi, da verjamemo, da je staranje rezultat genetskega programa.
Z vso veličino Človeštva in Človeka sva ti in jaz nič drugega kot biološki stroji. Starši so v nas naložili program - naše življenje, naš genom - izvajanje pravzaprav tega programa. Kaj je to? Dejstvo, da se moramo razvijati v obliki zarodka, se roditi, odraščati in, če je bila prenesena kopija genoma pri nas uspešna, to kopijo prenesite našim otrokom. Toda program se tu ne konča. Ker je v njej tudi zadnja faza - potrebno je osvoboditi mesto v jami, da bi naslednja generacija umrla.
Če se vsi strinjajo s prvimi stopnjami programa, potem nekako ne marajo razmišljati o zadnjem delu. In ne samo običajni ljudje, ampak tudi profesionalni znanstveniki. Mogoče je to zato, ker večina biologov zelo ljubi življenje in v vseh njegovih pojavnih oblikah. Pravzaprav smo zato postali biologi. Vedno nam je veliko bolj zanimivo raziskovati, od kod kaj prihaja, kot kam gre kasneje, kako je uničeno.
V zvezi s tem je zgodovina preučevanja beljakovin zelo poučna (njihovo drugo ime so beljakovine; to je točno tisto, kar je kodirano v naših genih, najpomembnejši del vsakega živega sistema). Proces sinteze beljakovin v celicah smo začeli natančno proučevati že v 50. letih in zelo hitro smo ugotovili, kako se to dogaja. Od 70. let naprej so vsi učbeniki opisali ustrezen mehanizem, ki deluje brezhibno in ves čas proizvaja vse potrebne beljakovine. Vprašanje: kam potem gredo? Ne živijo večno. Celica bi preprosto počila iz ves čas sintetiziranih beljakovin. Toda biologi iz nekega razloga nekako "niso preveč motili tega vprašanja." In spregledali velik in zapleten sistem razgradnje beljakovin. Zaseda več kot 10% vseh naših genov in točno določa, kako dolgo naj bi živel določen protein,odvisno od njegove funkcije. Nekateri živijo le nekaj ur, drugi ostanejo v kletki leta. O tem so se začeli umivati šele v poznih 80. letih, Nobelovo nagrado pa so podelili za odkritje sistema za ciljno uničenje beljakovin.
Razvajajte program
Se podobna zgodba ni zgodila s programirano smrtjo organizma? Mogoče biologi niso želeli samo razmišljati o tem? In zaman! Ker če je tudi naša smrt programirana, kot je naše rojstvo, nam to daje ogromno možnosti, da živimo bolje in dlje. Dejstvo je, da je biologija z vsemi njenimi dosežki dokaj mlada znanost. Še vedno približno vemo, kako je urejena živa narava, in še vedno ne vemo, kako ustvariti različne nove biološke sisteme, ki bi nam bili koristni za podaljšanje lastnega življenja. Če pa se naša smrt zgodi zaradi delovanja programa, potem ni treba ničesar graditi. Nasprotno, treba se je prebiti. Prekinite zadnjo fazo tega programa, ki je za nas usodna. Poleg tega je celo mogoče, da se popolnoma ne zlomi (to je lahko nevarno in verjetno še vedno nemogoče),povsem preprosto je, da se vanj nekako vmešavamo, da ta mehanizem vstavimo v kolesa palic. Za vso mladino biološkega inženiringa in biologije se nekako že znamo prebiti. In potem bo mehanizem deloval slabše, kar pomeni, da bomo živeli dlje.
Pa vendar, ali obstaja podoben mehanizem programiranega samomora v človeškem telesu? Morda so ga znanstveniki nekako spregledali, samo zato, ker ga ni in ne zato, ker ga niso hoteli pogledati? Z vsem spoštovanjem do svojih kolegov ne mislim tako. Potem bom poskušal dokazati, kako je na splošno mogoče v tako ohlapni znanosti, kot je biologija, da ja, ta program imamo. In prav lahko se začnete boriti proti njej. Da pa boste ugotovili, za kaj gre, boste morali do konca prebrati to serijo člankov.
No, o kakšnem programu lahko govorimo? Možnosti je več, začnimo pa z najpreprostejšimi. Obstaja zelo grda in smrtonosna stvar, kot je sepsa. Običajno se zgodi, ko se kri okuži z bakterijami. To je, če pride v kri večje število mikrobov, je zelo nevarno. Temperatura človeka se močno dvigne, razvije se tako imenovano sistemsko vnetje in proces se najverjetneje konča na najbolj žalosten način - bolnik umre. Mimogrede, to deluje tudi na drugih živalih - podganah, miših in drugih živalih.
Zakaj se to zgodi? Zdi se, da je vse jasno. Bakterije so se začele množiti v krvi, imunski sistem se z njimi ne more spopasti in človeško telo "poje" od znotraj. In kaj, se sprašujete, nam morda ne bo ustrezalo tako preproste in razumljive razlage?
Smrtonosna imuniteta
Toda tu je problem. V nekem trenutku se je izkazalo, da lahko dosežemo enak učinek (seveda ne na ljudeh, ampak v poskusu na podganah), če v kri vnesemo mrtve (!) Bakterije. Ničesar ne morejo razmnoževati, niti »jesti«. In simptomi so enaki - vročina in vnetje ter posledično smrt zaradi odpovedi več organov. Aha! - so dejali zainteresirani znanstveniki, - to pomeni, da bakterije same po sebi niso grozne, ampak zato, ker vsebujejo nekaj zelo strupene snovi za ljudi (ali miši)! Povzroča tudi septični šok. Začeli so razumeti in resnično izolirali takšno snov iz bakterij, bolje rečeno iz svojih lupin. Če jo očistimo in vnesemo v kri živali, bo tudi nesrečno bitje umrlo od septičnega šoka. Kaj je ta snov? Kakšen grozni bakterijski strupki se je takoj imenoval endotoksin - torej notranji strup bakterij?
Izkazalo se je, da gre za preprost polimer, sestavljen iz ostankov sladkorja in lipidov - lipopolisaharida (angleška kratica - LPS). Snov je v svojem kemijskem bistvu popolnoma neškodljiva, je le gradbeni material, ki tvori celično steno bakterij. Kako je lahko LPS strupen za sesalce? Nadalje so začeli razumevati in ugotovili, da imajo sesalci posebne beljakovine - LPS receptorje, ki nenehno spremljajo kri za pojav te snovi. In če zaznajo določeno količino LPS, potem sprožijo strašno kaskado bioloških reakcij, ki jim rečemo septični šok. Če naredimo mutirano miško, ki ima pokvarjen gen za ta receptor, potem bo za takšno GSO miško najbolj smrtonosni odmerek LPS popolnoma neškodljiv.
Njeno telo preprosto ne bo opazilo "endotoksina" in bo naprej živelo srečno. Ta samomorilski program lahko prekinete na drug način. Eerie vnetna kaskada kot odgovor na LPS je del imunskega sistema telesa. Vemo za snovi, kot so kortikosteroidi, kot je deksametazon, ki dobro zavirajo imunski sistem. Torej, če LPS injiciramo v miško skupaj z deksametozonom, potem bodo mišji receptorji LPS zaznali in oddali signal "navzgor" imunskemu sistemu. A to ne bo povzročilo ničesar groznega, ker bo onemogočen. In miška bo preživela.
Na splošno, če izpustimo vse te grozne podrobnosti, potem je zaključek naslednji: smrt zaradi septičnega šoka nastopi kot posledica dela posebnega samomorilnega programa. Telo se ubije, če najde v sebi dovolj veliko število patogenih bakterij. Do zdaj je o tem programu veliko znanega: kako se zažene, katere dele imunskega sistema aktivira, kako in kdaj postopek preide v nepovratno fazo.
Žrtvovanje za ostale
Postavlja se razumno vprašanje, ki pa ga biologi zelo ne ljubijo: zakaj? Zakaj so imeli sesalci ta smrtonosni sistem? Ločen organizem ga vsekakor ne potrebuje. Brez septičnega šoka bi imel vsaj nekaj možnosti, da bi "drobil" okužbo in preživel. Toda narava ne daje te možnosti, konča nesrečnika in četudi so bakterije, ki so ga okužile, že mrtve. Zakaj?
Natančnega odgovora na to vprašanje seveda ni mogoče podati, kajti poti evolucije so nepisljivi … no, ali tisti, ki ga usmerja tja. Toda pravzaprav je celotna ta zgodba videti zelo smiselna in praktična. Res, ne s stališča posamezne osebe kot krone narave, ampak s stališča njegovega veličanstva Genom Homo sapiens.
V primitivnih časih, ki so bili po evolucijskih standardih le nekaj sekund, je bil okuženi posameznik izjemno nevaren za ostale svoje vrste. Ker bi lahko okužbo prenesel na njih, okužil celotno populacijo in … kaj, če je to zadnja populacija te vrste? Potem bo on (vrsta) izginil, z njim pa tudi njegov genom. Še huje, čeprav bolezen ni smrtna, je še vedno zelo nevarna. Dejstvo je, da se telo v začetnih fazah bori proti okužbi s sintezo zelo strupenih snovi - prostih radikalov (o njih bom govoril v enem od naslednjih stolpcev).
Te snovi so mutagene. In če je bila okužba huda, potem se sintetizira veliko radikalov in to je že neposredna grožnja pojavu preveč mutacij v genomu. No, kako bo preživel oboleli posameznik in ob vseh mutacijah rodil otroke z nerazumljivimi genomi? Nevarno! Z vidika vrste in, kar je najpomembneje, njenega genoma, je veliko bolje, če okuženi posameznik ne beži nikamor, mirno leži pod najbližjim grmom in … umre, ne da bi okužil sorodnike in ne sodeluje več pri razmnoževanju. To je cilj programa septičnega šoka.
Toda v sodobnem svetu človek takšnega programa sploh ne potrebuje. Ker imamo antiseptike in antibiotike.
In o starosti
No, no, galantni bralec, ki se je držal teh vrstic, bo rekel, recimo, da je sepsa program. Toda na srečo septični šok še zdaleč ni glavni vzrok smrti pri ljudeh. Obstajajo še drugi, ki so veliko pogostejši. In kaj imajo opraviti s programi, genomi in vstajo bioloških strojev?
Odgovor je: ali veste, kaj je najpogostejši vzrok smrti? Grozi 100% ljudem, recimo 20 let? To je biološko staranje! Se pravi, da počasi in dosledno slabi telesne funkcije s starostjo, nehote povečuje verjetnost smrti. Torej avtor sodi med tiste biologe, ki menijo, da imamo vse razloge, da bi staranje šteli kot rezultat dejavnosti takega genetskega programa. In v naslednji številki naše bio-serije vam bom poskušal predstaviti dokaze o tej drzni hipotezi, pri tem pa mi bodo pomagali goli evolucijski prvaki.