В этой клеточной вселенной царит порядок, а за тем, чтобы никто никому не мешал, следят клетки, которые по своей профессии связаны с мускулатурой, образованием кожи или транспортировкой кислорода в крови. Только в мозге, самом сложноустроенном из созданных природой органов, миллиарды нервных клеток трудятся среди прочего над обработкой сенсорных ощущений, координацией движений и способностью изучать новое.
Что касается клеток – есть хорошая и плохая новость: к сожалению, самые маленькие частички организма не являются неиссякаемым источником молодости, живительная вода которого плещется и разбрызгивается, будто и не было всех этих прожитых лет жизни. Каждую секунду во взрослом человеке отмирает около 50 миллионов клеток, а в головном мозге ежедневно приходит конец примерно 100 000 клеток. Если бы вы были мухой, вам стоило бы серьезно забеспокоиться о своем «котелке», но, к счастью, запас клеток нашего мозга в 200 000 раз больше, чем у насекомого. Кроме того, – и это, кстати, хорошая новость – наш организм постоянно воспроизводит новые клетки.
Но загвоздка есть и здесь: процесс обновления со временем замедляется, а потому вместе с нами стареют и клетки. Кроме того, в циклах деления клеток случаются ошибки, и не всегда каждая из примерно 120 000 ошибок за цикл или более двух триллионов повреждений ДНК в день исправляется в нашем организме. К тому же клеткам могут здорово навредить факторы окружающей среды и наш зачастую довольно беспечный образ жизни. Но это работает и в обратную сторону: если мы заботимся о благополучии тела, мы поддерживаем и молодость клеток.
Клеточное ядро и ДНК
Хотя перечень задач у клеток совершенно разный, основные составные компоненты у них одинаковые. Объясню просто: они состоят из ядра (nucleus) и цитоплазмы, жидкого материала и органелл, небольших органов клеток. Все это окружено мембраной, которая следит за тем, что входит в клетку и выходит из нее.
Клетки и их составные части
Первое, что мы сделаем, – это нанесем небольшой визит ядру клетки. Здесь – сначала в виде аккуратного ряда – находится вся наша генетическая информация, геном. Он состоит из 23 пар хромосом (23-ю пару у мужчин представляют X- и Y-хромосомы); сами хромосомы состоят из молекул ДНК, обернутых в белки (гистоны). Таким образом, каждая клетка хранит одинаковую наследственную информацию. Но как клетка узнает, за что она отвечает – за кожу или все-таки за сердце? Чтобы определить зону ответственности клетки, нужно вернуться к самому началу: примерно через 30 часов после оплодотворения яйцеклетка начинает делиться, при этом количество клеток удваивается с каждым делением. Из стволовых клеток образуется своего рода скопление клеток, и каждая развивается в определенный тип. Нейромедиаторы и место, в котором находится клетка, определяют начальную «специализацию», после чего наступает сложный процесс ее уточнения. Волосковая клетка[2] не возьмет на себя ответственность за поджелудочную железу, и связано это с тем, что в ДНК находится молекулярный переключатель, который может активировать и деактивировать определенные функции.
Это похоже на жесткий диск компьютера – он хранит множество программ, но запускаются только те, на которые мы кликнем. Таким образом, хотя все клетки организма имеют одинаковую ДНК, они выглядят по-разному и выполняют разные функции благодаря эпигеному, который запускает различные химические изменения (отщепление или перенос метильных или ацетильных групп) в ДНК и гистонах. Химические изменения влияют на то, будут считываться фрагменты генов или нет.
Связывание наших генов
В каждой клетке работают тысячи белков, функция которых заключается в создании новых клеток и исправлении ошибок, однако они также участвуют в метаболических процессах и функционировании иммунной системы. Эти белки являются молекулярными строительными материалами и в то же время заводами клеток. Они состоят из различных аминокислот, последовательность которых определяется в генетическом коде. В лабораторных условиях, при которых внешние раздражители деликатно отстраняются от участия, используется своего рода сканер, считывающий генетическую информацию и контролирующий выработку белков. Но в реальной жизни последовательность ДНК клетки может быть нарушена, искажена и даже полностью уничтожена. Происходит это под воздействием факторов окружающей среды, например солнца, радиоактивности, мелкодисперсной пыли, химических веществ и нездорового образа жизни. Иногда нарушения возникают спонтанно, просто потому, что в организме, как и в любой другой системе, случаются сбои, или потому, что свои злодеяния творят свободные радикалы. Эти промежуточные продукты нашего метаболизма (чуть позже рассмотрим эту тему подробнее) вступают в реакцию с ядром клетки и содержащейся в нем наследственной информацией, что наносит серьезный ущерб функции клетки и, следовательно, организму. Вместе с тем ухудшается работа обслуживающего наш геном «ремонтного сервиса», функции детоксикации определенных органов или иммунной системы. Повышается риск развития различных болезней, например болезней сердечно-сосудистой системы, воспалительных заболеваний опорно-двигательного аппарата и рака. Стресс, болезни или недостаток питательных микроэлементов в крови дополняют список факторов, препятствующих бесперебойной работе клеток и ускоряющих процесс старения.
А раньше «наследство» было лучше
Наши гены влияют на продолжительность жизни только на 30 %, остальное зависит от образа жизни. Мы не властны над той исходной «генной экипировкой», с которой приходим в мир, это уже привет от родителей! Все, что они нам передают, по большей части сформировано даже не их исходным геномом, а их образом жизни. Так что на будущих родителях лежит довольно большая ответственность, особенно на отцах! Сперматозоид как генетический материал оптимален только в том случае, если папа заботится о своем здоровье не ante portas[3], а с раннего возраста. Если же он годами не отказывает себе ни в каких удовольствиях и превращается в аскетичного будущего отца, лишь узнав о беременности, в этом случае, увы, песенка давно спета. Так что будьте внимательны при выборе партнера. От родителей мы можем унаследовать то, что называется эпигенетической модификацией.
В то время как генетика занимается вопросами генетического материала ДНК и передачи генетической информации, эпигенетика предоставляет дополнительную информацию, с помощью которой можно определить активность генов. Как мы уже знаем, небольшие считывающие устройства сканируют генетический код внутри клеток, передают полученные данные и, таким образом, контролируют комбинацию разнообразных белковых структур. Но иногда этот гениальный вид генного распознавания внутри клетки дает сбой, из-за чего определенные фрагменты ДНК не могут быть считаны. Причиной этого могут быть склеивание генов, эпигенетические изменения. Такой информационный беспорядок походит на книгу с рецептами, некоторые страницы которой