«Бессмертная медуза». Как организм, который умеет «отматывать назад» свое развитие, может помочь лечить болезни людей

Оригинал этого материала на английском языке можно прочитать здесь.

Крошечную прозрачную медузу Turritopsis dohrnii удивительно трудно убить. Морской биолог Мария Мильетта из Техасского университета A&M в Галвестоне резала их, кипятила, морила голодом, перенасыщала их аквариумы солью или бросала в пресную воду — но эти ловкие существа, кажется, каждый раз обманывают смерть.

В условиях стресса они перестают двигаться и опускаются на дно аквариума. Затем происходит нечто удивительное: животные превращаются в шарики из клеток, не имеющие никакого сходства с формами взрослых медуз со щупальцами. В течение одного–трех дней из этого шарика клеток отпочковывается структура, называемая полипом — это ранняя стадия жизни медузы, — которая затем вырастает в колонию, из которой в итоге появятся новые медузы.

«Из одной медузы, которая не умирает, получается эта колония, способная сформировать еще сотни таких же», — говорит Мильетта. И каждая из этих новых медуз в принципе может омолаживаться таким же образом — демонстрируя, казалось бы, бесконечную способность «перевести часы» назад, к молодости.

Мильетта и другие ученые в настоящее время изучают генетические и молекулярные процессы, которые дают возможность Turritopsis dohrnii бросать вызов смерти. Раскрыв эти секреты, ученые надеются выяснить, можно ли запустить подобные процессы у людей. Цель заключается не в том, чтобы превратить пожилых людей обратно в младенцев, как в фильме «Бенджамин Баттон» — эта идея не выходит за рамки научной фантастики, — а в том, чтобы вернуть клеткам и тканям более молодое состояние для заживления ран и лечения возрастных заболеваний.

«Святой Грааль в этой области, на мой взгляд, — это регенеративная биология: попытка обратить вспять дегенерацию или деградацию, связанные со старением, — говорит Майкл Колдобский, детский онколог и врач-ученый из университета Джонса Хопкинса. — Нам еще далеко до того, чтобы использовать это на благо человека, но я думаю, что понимание этих организмов, у которых эти процессы развились миллионы лет назад, потенциально может окупиться».

О регенеративных способностях Turritopsis dohrnii впервые сообщил в 1992 году итальянский биолог Стефано Пирайно, который содержал этих медуз в лаборатории и забыл покормить их на выходных. Он ожидал, что в начале следующей недели обнаружит их трупы, «но вместо этого обнаружил в контейнере новые полипы», говорит Мильетта.

Пирайно из итальянского Университета Саленто заинтересовался, как это стало возможно. По мере развития эмбрионов так называемые стволовые клетки размножаются и превращаются в нервные клетки, мышечные клетки и различные другие типы клеток, из которых состоит организм. Как правило, в этом виде они остаются до старости и смерти. Но Пирайно обнаружил, что во время омоложения медузы определенные ткани проходят процесс «трансдифференцировки», в ходе которого они возвращаются в состояние, сходное со стволовыми клетками, а затем превращаются в другие типы клеток.

«Взрослые клетки становятся „недифференцированными“ и превращаются в то, что необходимо для формирования полипа», — говорит Мильетта, ранее работавшая в лаборатории Пирайно.

Способность Turritopsis dohrnii к омоложению принесла ей прозвище «бессмертная медуза». Насколько известно ученым, это уникальное явление в животном мире. Хотя некоторые ящерицы, черви и амфибии способны восстанавливать утраченные или поврежденные части тела, ни один из них не способен вернуть взрослое тело в состояние младенчества. Turritopsis dohrnii — яркое доказательство того, что старение и смертность не всегда являются биологической неизбежностью (хотя ученые не могут исключить, что в итоге медуза все же умирает естественной смертью).

Генетические подсказки

Сегодня Мильетта и другие ученые работают над изучением генетических процессов, позволяющих клеткам «вернуться в прошлое». По словам Колдобского, главная цель — обнаружить молекулярный «переключатель», управляющий этим процессом. Если такой же переключатель существует у людей, то, возможно, его можно активировать, чтобы вернуть клетки человека в более молодое состояние. Это могло бы ускорить заживление ран или поврежденных тканей после инсультов или инфарктов, а может быть, даже обратить вспять повреждения, возникающие при возрастной потере зрения или нейродегенерации, характерной для болезни Альцгеймера.

«Мы не собираемся снова сжиматься до размеров эмбриона и начинать с нуля, — говорит он, — но на уровне органов и тканей, я думаю, это вполне возможно».

Исследования находятся на ранней стадии, но уже начинают приносить первые плоды. В исследовании 2022 года одна группа ученых сравнила гены Turritopsis dohrnii и родственного вида, который, как известно, не обладает способностью к омоложению — хотя трудно с уверенностью утверждать, что он не способен к этому, поскольку многие виды медуз изучены недостаточно, говорит молекулярный биолог и биоинформатик Виктор Кесада из Университета Овьедо в Испании.

По сравнению с другим видом ДНК Turritopsis dohrnii содержала больше копий генов, кодирующих белки, которые помогают восстанавливать мутации и другие виды повреждений ДНК, накапливающихся с возрастом. У бессмертной медузы также было больше копий генов, кодирующих белки, участвующие в поддержании структур, называемых теломерами — небольших «шапочек» на концах цепей ДНК, которые защищают генетический материал от повреждений. Обычно теломеры укорачиваются с возрастом, делая ДНК более уязвимой для повреждений, но повышенная способность бессмертной медузы к их восстановлению может быть одним из ключей к ее долголетию, говорит Кесада.

Это лишь начало пути к пониманию секретов стратегии омоложения Turritopsis dohrnii и того, можно ли какой-либо ее аспект применить к людям, говорит Кесада.

«Мы исходим из того, что при многих заболеваниях пути назад нет, — говорит он. — Возможно, такой путь все-таки существует, если мы узнаем достаточно о том, как работают эти механизмы».

Между тем Мильетта сравнивала гены, активирующиеся на разных стадиях жизни Turritopsis dohrnii, и изучала те из них, которые активируются только на стадии шарообразной кисты, когда клетки меняют свое предназначение и затем образуют новые полипы. «Это может свидетельствовать о том, что эти гены участвуют в этом уникальном процессе», — говорит она.

В ходе исследований 2019 и 2021 годов она и ее коллеги обнаружили повышенную активность загадочных генов с неизвестными функциями, а также генов, участвующих в починке ДНК и поддержании теломер.

Еще одно предварительное исследование Мильетты показало, что существует некоторое совпадение между генами, избыточно активируемыми на стадии кисты, и генами, которые связывают с долголетием у людей. Это подчеркивает идею о том, что между этими двумя видами могут существовать общие механизмы, говорит Мильетта.

В настоящее время Мильетта сотрудничает с Колдобским, чтобы лучше понять эти процессы и в итоге выяснить, можно ли их запустить в клетках человека. Ученые уже обнаружили определенные способы запуска процессов, сходных с омоложением, в клетках млекопитающих, но применить это к тканям человека оказалось сложно. Возможно, изучение Turritopsis dohrnii откроет другие, более эффективные способы сделать это, надеется Колдобский.

Хрупкий бессмертный организм

Помимо потенциальной практической пользы в медицине, Turritopsis dohrnii дает нам и более философские уроки. «Утешительно думать, что природа нашла решение одной из главных проблем человечества: старения и смерти», — говорит Мильетта. Она предполагает, что невероятная жизнестойкость Turritopsis dohrnii — одна из причин, по которой этот вид так широко распространился в мировом океане от Средиземного моря до Карибского бассейна и Японии.

Но хотя она и кажется неуязвимой, бессмертная медуза — хрупкий организм. Мильетта отмечает, что в ее лаборатории часть особей, похоже, неспособны к омоложению. А среди тех, кто способен к этому, возможно, существует предел количества раз, которое они могут омолаживаться, прежде чем умрут от старости. Точно сказать сложно, поскольку в лабораторных условиях трудно поддерживать этот вид в течение длительного времени, так как для выживания ему, по-видимому, требуются особые условия. Кроме того, в дикой природе существует множество факторов, которые, вероятно, приводят к их гибели — в том числе изменения концентрации планктона, служащего им пищей, хищники или водоросли, которые душат колонии медуз.

Таким образом, бессмертная медуза преподносит нам важный урок, говорит Мария Паскуаль-Торнер из испанского Института морских наук, которая совместно с Кесадой участвовала в исследовании 2022 года. «Хотя она обладает способностью к омоложению и, теоретически, не умирает от старения, в то же время это чрезвычайно уязвимый организм, — говорит она. — Бессмертная медуза также напоминает нам, что жизнь и смерть — неразделимые части одной и той же реальности».

Другими словами, даже самому бессмертному организму в природе предстоит столкнуться со смертью.

Скачайте новое приложение BBC World Service!

При первом открытии приложения выберите «BBC News Русская служба» и получайте уведомления о важных новостях, аналитике, видео и подкастах.

Важно: новое приложение недоступно на территории Великобритании и США.