Смерть дивніше, ніж ви думаєте

Перед тим, як ми народилися; коли ще навіть не сформувався наш мозок, клітини в нашому тілі були дуже активними.
Вони постійно расщеплялись, ділилися, диференціювалися, формуючи будівельні блоки, які в остаточному підсумку стануть розумними організмом.
Отже, наші клітини передують нам — але вони також переживуть нас. Виявляється, навіть після того, як для нас згасне світло, вони і далі не здаються. Деякі з них будуть жити ще дні і навіть тижні в мертвому тілі.
Що ж, власне, відбувається в тих клітинах, які продовжують боротися? Досі ніхто не задав собі праці детально дослідити. Але тепер нарешті з’явилося дослідження, яке ставить багато непростих запитань і змушує нас по-новому подивитися на те, що таке смерть.
Виглядає так, що клітини не просто деякий час живуть після того, як організм вмирає, а борються за життя. Активність деяких генів після смерті різко зростає. Клітина як ніби відчуває, що з організмом сталося щось жахливе, і судорожно мобілізує свої сили. Це схоже на астронавта, який раптом втрачає зв’язок з Землею. Він починає зі всіх зусиль посилати радіосигнали, не знаючи, що ядерний апокаліпсис знищив усе живе.
Вчені, які взялися досліджувати цю генетичну активність post-mortem, вважають, що вона може відігравати важливу роль для трансплантології, генетичних досліджень та судово-медичної експертизи. Але спершу їм треба переконати колег, що клітинне “життя після смерті” взагалі варто досліджувати.
“Національний інститут здоров’я, швидше за все, не дасть вам на це гранту. Це дуже незвично, хіба ні?” — розповідає один з авторів дослідження, хімік і генетик з Центру дослідження раку “Місто надії” в Каліфорнії Олександр Пожитків.
Все почалося в 2009 році, коли Пожитків працював в Інституті еволюційної біології Макса Планка в Німеччині. Саме там він отримав шанс займатися проектом, який обдумував усе своє життя.
Для дослідження Пожитків прийняв близько 30 рибок даніо-реріо (ці тропічні рибки часто використовують у дослідженнях, адже вони мають прозорі ембріони, за якими дуже легко спостерігати). Він убив рибок шляхом шокового занурення в крижану воду, а потім помістив у акваріум з температурою води + 27 градусів.
Протягом наступних чотирьох днів він періодично виймав тіла рибок з акваріума, заморожував їх рідким азотом і аналізував їх матричні РНК. Матричні РНК — це довгі нитковидні молекули, які транслюють ДНК у білки. Кожна смуга — це транскрипція якої секції ДНК. Пізніше Пожитків і його колеги повторили цей експеримент з мишами, яким, однак, заподіяли смерть через злам шиї, а не холодний шок.
Коли колега Пожиткова, біохімік з Вашингтонського університету Пітер Нобель, покопався в даних про те, наскільки активними матричні РНК стають після смерті, кілька його здивувало. Як у рибок, так і у мишей трансляція генів у білки, як і очікували, після смерті в цілому знизилася. Однак кількість матричних РНК вказувала на те, що приблизно в 1% генів навпаки сильно зросла.
Неправда, що дослідники очікували повного припинення активності генів в момент, коли даніо-реріо і миші, за висловом Гамлета, “струсили пил із земної чобіт”. Однак зафіксувати зростання транскрипції замість поступового згасання вогників один за одним було для них чимось несподіваним. За словами Нобеля, це було “найдивнішим з усього, що мені доводилося бачити”.
Окремі вчені, проте, розкритикували результати Нобеля і Пожиткова — спочатку після того, як вони з’явилися на сервісі препринтів bioRxiv в 2016, а згодом після публікації в журналі Open Biology (2017). Основна критика стосувалася того, що вони могли неправильно інтерпретувати статистичні показники. Оскільки клітини відмирають з різним темпом, тому, можливо, транскрипції, зафіксовані в живих клітинах, становили тільки велику пропорцію всіх транскрипцій в цілому, — говорить Пітер Елліс, викладач молекулярної біології в Кентському університеті. Подумайте про транскрипції як про шкарпетки в ящику. Якщо ви втратите деякі червоні шкарпетки, то білі, які залишаться в ящику, складуть більшу частину вашої колекції шкарпеток. Але це не означає, що у вас побільшало білих шкарпеток.
Втім, кілька останніх публікацій доводять, що щось таки відбувається у клітинах, які борються після того, як організм вмирає. В одному з досліджень, опублікованому в журналі Nature Communications, вчені виявили сотні генів, експресія яких змінюється після смерті. Активність одних генів зменшилася, зате інших — збільшилася. Ген EGR3, який стимулює зростання, збільшив свою експресію через чотири години після смерті. Деякі інші гени флуктировали туди-сюди, як, наприклад, CXCL2, який кодує білок-сигналізатор, що “закликає” білі кров’яні тільця в місце запалення або інфекції.
Ці зміни, однак, не можна розглядати виключно, як пасивний результат деградації транскрипцій з різними темпами, тобто як ніби червоні шкарпетки, які періодично губилися, — каже вчений з Університету Порту (Португалія) Педро Феррейра. За його словами, сталося щось таке, що активно регулювало експресію генів навіть після смерті організму.
Коли організм вмирає, найважливіші клітини, які вимагають більше енергії, йдуть першими. Прощайте, нейрони. Але периферійні клітини, в залежності від таких факторів, як температура навколишнього середовища або темп гниття, роблять свою справу протягом днів і навіть тижнів. У дослідженні 2015 року вчені змогли отримати культури живих клітин з вух кози аж через 41 день після того, як козу забили. Вони здобули ці клітини з фібробластів, які утворюють сполучну тканину і споживають відносно мало енергії. Для того, щоб вони залишалися живими так довго, достатньо було звичайного охолодження. “Смерть організму не має значення на клітинному рівні”, — каже Елліс.
Але смерть організму, щонайменше є шоком для клітинного світу, адже в результаті смерті клітин припиняється доступ кисню і поживних речовин. Так що ж є причиною експресії генів вже після смерті? Це — відкрите питання, але нова стаття Нобеля і Пожиткова може містити покажчики.
Дослідження, опубліковане на сервері bioRxiv, ще не пройшла рецензування, але на основі оригінальних даних експерименту над даніо-рерион і мишами Нобель встановив, що матричні РНК, які стають активними після смерті, відрізняються від інших матричних РНК в клітинах. Приблизно 99% матричних РНК в клітинах деградують дуже швидко, коли організм вмирає, — говорить учений. У решті 1% є щось особливе, а саме — певні структури індивідуальних нуклеотидів, які зв’язуються з молекулами, які регулюють матричні РНК після транскрипції. Схоже, що це основна частина того, що змушує цю біологічну машинерію працювати після смерті.
Пожитків і Нобель стверджують, що цей механізм може бути частиною реакції клітин на ситуацію, коли організм повертається до життя після, скажімо, полуутопления. Клітини можуть намагатися мобілізувати всі свої ресурси, стимулюючи експресію тих генів, які пов’язані з реакцією організму на стрес.
Елліс розглядає це лише як побічний ефект процесів, які відіграють важливу роль при житті, але є лише симулякром після смерті. Але Феррейра бачить тут важливі практичні наслідки. Деякі генетичні дослідження проводять на зразках тканин, які вже взяли з тіла. Важливо знати, як транскрипція змінюється після смерті, що ці передсмертні корчі клітин не спотворили результати дослідження.
Феррейра і його команда змогли встановити час смерті індивіда виключно за змінами в експресії генів. Теоретично це і метод може бути корисним під час, скажімо, розслідування вбивства. Але його практичне використання поки що виглядає малоймовірним, адже вчені проводили дослідження в строго контрольованих лабораторних умовах. Всі фактори, наприклад, температура навколишнього середовища або стан тіла перед смертю, впливають на РНК. Тобто технологія ще дуже далека від того, щоб її можна було використовувати в правоохоронній системі.
Нобель і Пожитком, проте, мають на думці й інші міркування. Органи, які беруть для пересадки, проводять як мінімум деякий час поза тіла, тому РНК у них може почати відправлення таких сигналів стресу. Це може мати довготривалі наслідки для здоров’я людини. Відомо, що люди, які перенесли трансплантацію, частіше хворіють онкологічними захворюваннями, ніж решта населення. Це пов’язують з препаратами-імуносупресорами, які вони змушені приймати. Але, може, причиною є і посмертні процеси в органі?
Однак це припущення ще не має емпіричного підтвердження. Серед трансплантологів тривають дискусії про те, що поліпшує наслідки трансплантації — заморожування органів або зберігання їх у теплих умовах напередодні операції? Поки що незрозуміло, чи дійсно транскрипція РНК є аргументом на користь теплого зберігання.
Але дослідження посмертної клітинної життя сьогодні знаходиться на апараті життєзабезпечення. Нобель шукає нову академічну посаду після того, як він залишив свою останню роботу в Університеті Алабами. А Пожитків отримує кошти на інші дослідницькі проекти. Однак обидва вчених переконані, що їх результати не варто засовувати в довгий ящик примхливої науки. Обидва переконані, що дослідження потрібно продовжити.