Безперервна війна з раком, різноманітні способи поліпшити імунітет, причини ожиріння, ігри пам'яті, мінливий мозок і спроба вилікувати хворобу Альцгеймера світлом - найбільш запам'яталися біомедичні відкриття року, що минає, в першій частині нашого огляду.
Як завжди, беручи за біологічні та біомедичні підсумки року, ми повинні відразу сказати, що наш огляд буде неповним: у будь-якій сучасній науці складно ось так на парі сторінок тексту описати все, що відбувалося протягом року, а вже якщо говорити про біологію з медициною, то тут, мабуть, і пари сотень сторінок буде мало.
Можна піти іншим шляхом, намагаючись на матеріалі року, що минає, вгадати прийдешні тренди і перспективи, проте науковий прогрес чудовий якраз видатною непередбачуваністю, тому ворожіння про майбутнє ми залишимо тим, хто відчуває себе більш впевненим у мистецтві футурології. Наше завдання набагато скромніше: згадати деякі, на наш погляд, особливо помітні роботи - з тих, про які ми вам розповідали - і по можливості згрупувати їх навколо тих чи інших наукових тем.
Минулого і позаминулого року наші підсумкові огляди починалися з Нобелівської премії - як-не-як, це одна з головних подій у світі науки. У нинішньому році лауреатом Нобелівської премії з фізіології та медицини став Есінорі Осумі - отримав він її за свої дослідження клітинної аутофагії, або самопоїдання (більш детально про те, що таке клітинна аутофагія, можна дізнатися з нашої статті в листопадовому номері «Науці і житті
»). У випадку з аутофагією прикладні перспективи досліджень Осумі нітрохи не поступаються їх фундаментальному значенню: з одного боку, «самоїдство» - універсальна властивість всіх еукаріотичних клітин, з іншого - дефекти в аутофагії призводять до найрізноманітніших хвороб, від онкологічних до імунних
. І якщо вже ми згадали про онкологію, то і продовжимо наш огляд «раковими» статтями. Одна з найбільш неприємних особливостей злоякісних пухлин - це їх здатність метастазувати. Як не дивно, часом формуванню метастазів сприяє наш власний імунітет. Так, у жовтні в Science Translational Medicine вийшла стаття, в якій говорилося, що антибактеріальні ловчі мережі, які імунні нейтрофіли роблять з власної ДНК, допомагають метастазним пухлинним клітинам проникати в здорові тканини
. Але все ж зазвичай імунітет стежить, щоб рак не розбрідався по організму, і якщо раптом таке трапляється, це означає, що щось не в порядку з імунною системою: автори іншої статті з Science Translational Medicine, опублікованої навесні року, що минає, виявили, що злоякісні пухлини розселяються по тілу не стільки через особливі метастазні мутації, скільки через ослаблення імунітету. З інших факторів, що сприяють метастазуванню, можна вказати жир і антиоксиданти, в даному випадку - ліки від діабету, що знижують рівень окислювального стресу. (Враховуючи, що онкологи давно знають про двозначну роль антиоксидантів у розвитку пухлин, в цьому немає нічого дивного.
) Що до загальних причин злоякісних хвороб, то тут досить багато говорять про роль «тихого запалення», яке непомітно тліє в надрах тіла. Часом ми самі, своїм неправильним харчуванням і взагалі нездоровим способом життя допомагаємо раку - скажімо, деякі пухлини можуть виникнути при зловживанні алкоголем і порушеннях добового ритму. Окрема тема - генетика раку: хоча зрозуміло, що пухлини починаються з мутантних клітин, визначити мутаційний портрет раку - завдання не з простих. З одного боку, у різних різновидів пухлин є свої характерні генетичні дефекти, з іншого - деякі особливості пухлин виникають через те, що в них з'являються «чужі» мутації
. Загалом усі роботи, присвячені онкозахворюванням, об'єднує одне - спроба знайти вразливе місце хвороби. І навіть якщо ми дізнаємося щось на зразок того, що ракові клітини ходять бандами, або що в тісноті раковим клітинам незручно ділитися, то передбачається, що і те, і інше можна якось використовувати проти самої пухлини. Що до більш конкретних пропозицій, то, зрозуміло, у світі щороку відчувають великий безліч ліків і терапевтичних підходів
.Ми нагадаємо читачам тільки про три роботи такого роду: по-перше, дослідники з Каліфорнійського університету в Берклі з'ясували, що тричі негативний рак грудей можна послабити, якщо посадити пухлину на «голодний пайок», по-друге, зовсім недавно, в грудні, в Nature Medicine з'явилася стаття, в якій говорилося, що голодування знищує лейкозні клітини - принаймні, у мишей; по-третє, досить своєрідний спосіб боротьби з раком запропонували фахівці з Онкологічного центру ім.М. Д. Андерсона в Техасі, які в прямому сенсі нацькували рак на самого себе
. У сучасній біології та медицині часом буває дуже важко обговорювати одну область у відриві від іншої, ось і зараз, говорячи про онкологію, ми періодично згадували про імунітет, про гени, про здоровий спосіб життя. Продовжимо імунітетом, про який зазвичай всі цікавляться, як його можна поліпшити
. Що ж, тут цілий список коштів на вибір: синє світло, цікаве життя, високий соціальний статус; якщо статус низький і синього світла під рукою, як на зло, немає, можна просто постаратися отримати від чого-небудь задоволення. Про всяк випадок уточнимо, що хороший імунітет - той, який працює не дуже сильно і не дуже слабо, а в самий раз; в імунній системі важлива точна регуляція, щоб її відповідь на проблему була пропорційна і адекватна цій проблемі
. Горезвісне хронічне запалення - приклад якраз погано працюючого імунітету (при тому, що сама по собі запальна реакція являє собою зброю захисту і нападу проти різноманітних патогенів і заражених ними клітин). Запалення - штука небезпечна, через нього, як ми сказали вище, збільшуються шанси виникнення раку, а також серцево-судинних і метаболічних розладів. Навіть депресія може виникати через запалення - хоча звичайні протизапальні тут навряд чи допоможуть
. Інша ознака хорошого імунітету - вміння вибудовувати відносини з кишковою мікрофлорою. Ми знаємо, що кишковій мікрофлорі дані в нашому організмі найширші повноваження, особливо в тому, що стосується обміну речовин: вважається, що залежно від складу мікрофлори у нас можуть трапитися - або не трапитися - ожиріння і діабет. Більш того, поступово накопичується все більше даних на користь того, що бактерії можуть активно втручатися і в роботу нервової системи - так, у травні ми писали, що нормальна мікрофлора потрібна для того, щоб в головному мозку з'являлися нові нейрони
. Імунна система, взаємодіючи з кишковими бактеріями, теж може впливати на обмін речовин: восени в Nature Communications з'явилася стаття дослідників з Університету штату Орегон, які виявили, що залежно від рівня інтерферону в травній системі стає менше або більше симбіотичних бактерій, від яких залежить метаболізм глюкози
. Щоб сама мікрофлора добре себе почувала і добре поводилася, її потрібно годувати правильною їжею - відомо, що чим різноманітніше мікрофлора, тим краще для її господаря, а різноманітність кишкових мікробів підвищується від овочів, фруктів, йогуртів, кави, чаю і вина. Інший спосіб поліпшити мікрофлору - це пустити в кишечник паразитичних хробаків, але на такий крок мало хто зважиться
. У році, що минає, ми дізналися дещо нове молекулярно-клітинних механізмах, що пов'язують ожиріння і діабет - виявилося, що загибель жирових клітин при надмірній вазі стимулює імунну запальну реакцію, що, в свою чергу, може призвести до діабету. Ожиріння ж може виникати, наприклад, через те, що з генетичних причин печінка погано всмоктує ліпопротеїни, що плавають у крові. Хоча, мабуть, найочевидніша причина появи надмірної ваги - це переїдання
. Чому ми їмо більше, ніж слід? Наприклад, тому, що нам не пощастило з мутацією, через яку виникає любов до жирного, або через штучні підсолоджувачі, або ж просто через недосип - через нестачу сну в організмі підвищується рівень ендоканнабіноїдів, які і змушують нас налягати на смачну, але нездорову їжу
.Раз вже ми згадали про сон, варто сказати пару слів і про нього. Як не дивно, нейробіологи досі намагаються зрозуміти, чому ми засинаємо і прокидаємося - в одній з останніх робіт на цю тему йдеться про нейромедіатора дофаміна, надлишок якого просто перекриває сонний сигнал в мозку. (Підкреслимо, що мова йде не про стан сну і не про стан пильності, але про перемикання між ними, про перехід з одного в інше
.)Крім того, дослідники з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско ще раз нагадали нам, що сон допомагає боротися з інфекціями, а колеги з Браунівського університету з'ясували, чому на новому місці нам погано спиться - виявляється, в незнайомому оточенні наш мозок з пильності тримає одну півкулю в «напівбідрюючому» стані
. Від сну було б логічно перейти до мозку. Однією з найпопулярніших «мозкових» тем була і залишається пам'ять. У пам'яті маса різновидів: довготривала, робоча, епізодична (зберігає в собі «випадки з життя»), просторова тощо; і її можна вивчати на різних рівнях - на рівні окремих нейронів, нейронних мереж, великих ділянок мозку або ж у вигляді когнітивно-психологічних проявів
. Так, навесні в журналі Neuron вийшла стаття, автори якої розповідали про те, як нові нейрони допомагають старим зосередитися на специфічній інформації, завдяки чому пам'ять стає краще. З іншого боку, різні нейрони в буквальному сенсі змагаються за пам'ять: інформація, яка має відношення до одного і того ж предмета або ситуації, записується в мозку одними і тими ж нейронами, які не підпускають до цієї інформації конкурентів з інших нейронних мереж
. Ще одна інтригуюча проблема - перетворення короткочасної пам'яті на довготривалу під час сну: переклад інформації з одного сховища в інше відбувається при діалозі між різними центрами пам'яті; також свою роль тут відіграє і наша «периферія» - влітку в журналі PNAS з'явилася стаття про те, як серце допомагає сплячому мозку працювати з пам'яттю
. Вважається, що запис нової інформації в нейронні ланцюжки супроводжується підвищеною активністю деяких генів, так що тут не можна не згадати про кілька несподівану роботи дослідників з Вашингтонського університету, які виявили, що для того, щоб пам'ять працювала, як треба, деякі гени повинні, навпаки, замовкнути. Як можна поліпшити пам'ять? Наприклад, менше нервувати і їсти менше жирног
о. Але пам'ять - не єдина функція мозку: ми не тільки пам'ятаємо багато всього, ми ще й сприймаємо навколишнє, ми думаємо, аналізуємо і т. д. Враховуючи величезну складність і зовнішнього світу, і нашої власної психології, варто дивуватися, що функції деяких нервових клітин досі нам невідомі. Хоча прогрес тут рухається по всіх напрямках: так, у році, що минає, в мозку знайшли «нейрони спеки» і «нейрони самотності
». що різноманітність нервових клітин, що відрізняються один від одного не тільки за функціями, але і за зовнішніми ознаками, безперервно зростає, серед них, що цікаво, можна виділити «еліту», яка утримує певну монополію на інформацію, що надходить у мозок - у статті в The Journal of Neuroscience, яка вийшла на початку року, говориться, що в корі мозку всього 20% нейронів пропускають через себе аж 70% всього інформаційного потоку
. Окрема велика тема в нейробіології - пластичність мозку. Вже давно відомо, що мозок, сформувавшись в юності, тим не менш продовжує змінюватися все життя, підлагоджуючись до різноманітних обставин. Зміни можуть бути суто функціональними (тут можна згадати цікаву роботу дослідників з Льєжського університету, які виявили, що взимку і влітку мозок працює по-різному), а можуть прямо зачіпати будову мозку - в такому випадку можна побачити, як в тих чи інших його відділах змінюється, наприклад, рівень сірої речовини.Тут, звичайно, не можна не згадати дві роботи, що описують зміни в жіночому мозку: в одній йдеться про те, що у жінок він періодично змінюється кожен місяць, а в іншій - як мозок змінюється під час материнст
ва. Одне з найбільш невбиваних питань, яке доводиться чути нейробіологам - це чи шкодять мобільні телефони мозку. Треба сказати, що хоча медико-епідеміологічні дослідження ніяк не підтвердили зв'язок між ймовірністю мозкових пухлин та інтенсивністю використання мобільників, тема досі час від часу спливає
. Зокрема, в травні ми розповідали про якусь експериментальну роботу, в якій спостерігали за лабораторними тваринами, які отримували певні дози «мобільного опромінення» - однак результати вийшли настільки дивними (зокрема, виявилося, що через «мобільні хвилі» можна або отримати рак, або стати довгожителем), що в розрахунок брати ці дані навряд чи варто
. А ось набагато більш серйозне питання, пов'язане зі здоров'ям мозку, стосується відомих нейродегенеративних захворювань - хвороб Альцгеймера, синдрому Паркінсона та інших. На жаль, як їх лікувати, досі незрозуміло, хоча про те, що відбувається в мозку, ураженому нейродегенеративними процесами, ми знаємо вже досить багато (до речі, в році, що минає, дослідникам вдалося більш детально дізнатися, чому при хворобі Альцгеймера відмовляє пам'ять
).Некоторі терапевтичні підходи можуть виявитися цілком успішними - наприклад, використання антитіл проти патогенних білків, що накопичуються в хворих нейронах, або «світлотерапія», описана в недавній статті в Nature (більш детально про обидва методи читайте в січневому номері «Науки і життя») - але до повноцінних клінічних випробувань говорити про «ліки проти хвороби Альцгеймера» було б дуже передчасно
. Про нейродегенеративні захворювання відомо, що вони проявляються з віком, і тут було б доречно перейти до старіння і стовбурових клітин - однак ці теми ми залишимо на другу частину нашого огляду.