Смерть дивніша, ніж ви думаєте

Отже, наші клітини передують нам — але вони також переживуть нас. Виявляється, навіть після того, як для нас згасне світло, вони й далі не здаються. Деякі з них житимуть ще дні й навіть тижні в мертвому тілі.

Що ж, власне, відбувається в тих клітинах, які продовжують боротися? Досі ніхто не поставив собі за мету детально це 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 помирає, а борються за життя. Активність деяких генів після смерті різко зростає. Клітина ніби відчуває, що з організмом сталося щось жахливе, і судорожно мобілізує свої сили. Це схоже на астронавта, який раптом втрачає зв'язок із Землею. Він починає з усіх зусиль посилати радіосигнали, не знаючи, що ядерний апокаліпсис знищив усе живе.

Учені, які взялися досліджувати цю генетичну активність post-mortem, вважають, що вона може відігравати важливу роль для трансплантології, генетичних досліджень і судово-медичної експертизи. Але спершу їм треба переконати колег, що клітинне «життя після смерті» взагалі варто досліджувати.

«Національний інститут здоров'я, найімовірніше, не дасть вам на це грант. Це занадто незвично, хіба ні?» — розповідає один з авторів дослідження, хімік і генетик із Центру дослідження раку «Місто надії» в Каліфорнії Олександр Пожитков.

Усе почалося 2009 року, коли Пожитков працював в Інституті еволюційної біології Макса Планка в Німеччині. Саме там він отримав шанс займатися проєктом, який обмірковував усе своє життя.

Для дослідження Пожитков взяв 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 їх в акваріум із температурою води 27 градусів.

Протягом наступних чотирьох днів він періодично виймав тіла рибок з акваріума, заморожував їх рідким азотом і аналізував їхні матричні РНК. Матричні РНК — це довгі ниткоподібні молекули, які транслюють ДНК у білки. Кожна її смуга — це транскрипція якоїсь секції ДНК. Пізніше Пожитков і його колеги повторили цей експеримент із мишами.

Коли колега Пожиткова, біохімік із Вашингтонського університету Пітер Нобель, покопався в даних про те, наскільки активними матричні РНК стають після смерті, дещо його здивувало. Як у рибок, так і в мишей трансляція генів у білки, як і очікували, після смерті загалом знизилася. Однак кількість матричних РНК вказувала на те, що приблизно в 1% генів навпаки сильно зросла.

Окремі вчені, однак, розкритикували результати Нобеля та Пожиткова — спочатку після того, як вони з'явилися на сервісі препринтів bioRxiv у 2016, а згодом після публікації в журналі Open Biology (2017). Основна критика стосувалася того, що вони могли неправильно інтерпретувати статистичні показники. Оскільки клітини відмирають із різним темпом, тож, можливо, транскрипції, зафіксовані в живих клітинах, становили лише більшу пропорцію всіх транскрипцій загалом, — каже Пітер Елліс, викладач молекулярної біології в Кентському університеті. Подумайте про транскрипцію як про шкарпетки в шухляді. Якщо ви втратите деякі червоні шкарпетки, то білі, які залишаться в шухляді, складуть більшу частину вашої колекції шкарпеток. Але це не означає, що у вас збільшилася кількість білих шкарпеток.

Утім, кілька останніх публікацій доводять, що щось таки відбувається в клітинах, які борються після того, як організм помирає. В одному з досліджень, опублікованому в журналі Nature Communications, учені виявили сотні генів, експресія яких змінюється після смерті. Активність одних генів зменшилася, натомість інших — збільшилася. Ген EGR3, який стимулює ріст, збільшив свою експресію через чотири години після смерті. Деякі інші гени метушилися туди-сюди, як, наприклад, CXCL2, що кодує білок-сигналізатор, який «закликає» білі кров'яні тільця замість запалення чи інфекції.

Ці зміни, однак, не можна розглядати винятково як пасивний результат деградації транскрипцій із різними темпами, тобто начебто червоні шкарпетки, що 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 помирає, найважливіші клітини, які потребують найбільше енергії, відходять першими. Прощавайте, нейрони. Але периферійні клітини, залежно від таких чинників, 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 із вух кози аж через 41 день після того, як козу забили. Вони добули 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 внаслідок смерті клітин припиняється доступ кисню та поживних речовин. То що ж є причиною експресії генів уже після смерті? Це — відкрите питання, але нова стаття Нобеля та Пожиткова може містити дороговкази.

Дослідження, опубліковане на сервері bioRxiv, ще не пройшло рецензування, але на основі оригінальних даних експерименту над даніо-реріон і мишами Нобель встановив, що матричні РНК, які стають активними після смерті, відрізняються від інших матричних РНК у клітинах. Приблизно 99% матричних РНК у клітинах деградують дуже швидко, коли організм помирає, — каже вчений. У решти 1% є щось особливе, а саме — певні структури індивідуальних нуклеотидів, які зв'язуються з молекулами, що регулюють матричні РНК після транскрипції. Схоже, що це основна частина того, що змушує цю біологічну машинерію працювати після смерті.

Пожитков і Нобель стверджують, що цей механізм може бути частиною реакції клітин на ситуацію, коли організм повертається до життя після, скажімо, утоплення. 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 за життя, 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, щоб ці передсмертні корчі клітин не спотворили результати дослідження.

Феррейра та його команда змогли встановити час смерті індивіда виключно за змінами в експресії генів. Теоретично цей метод може бути корисним під час, скажімо, розслідування вбивства. Але його практичне використання ще поки що виглядає малоймовірним, адже вчені проводили дослідження в суворо контрольованих лабораторних умовах. Усі чинники, як-от температура довкілля чи стан тіла перед смертю, впливають на РНК. Тобто технологія ще дуже далека від того, щоб її можна було використовувати в правоохоронній системі.

Нобель і Пожитков, однак, мають на думці й інші міркування. Органи, що приймають для пересадки, проводять щонайменше деякий час поза тілом, тож РНК у них може почати надсилати такі самі сигнали стресу. Це може мати довготривалі наслідки для здоров'я людини. Відомо, що люди, які перенесли трансплантацію, частіше хворіють на онкологічні захворювання, ніж решта населення. Це пов'язують із препаратами-імуносупресорами, які вони змушені приймати. Але, може, причиною є й посмертні процеси в органі?

Однак це припущення ще не має емпіричного підтвердження. Серед трансплантологів тривають дискусії про те, що покращує наслідки трансплантації — заморожування органів чи зберігання їх у теплих умовах напередодні операції? Поки незрозуміло, чи справді транскрипція РНК є аргументом на користь теплого зберігання.

Але дослідження посмертного клітинного життя сьогодні перебуває на апараті життєзабезпечення. Нобель шукає нову академічну посаду після того, як він залишив свою останню роботу в Університеті Алабами. А Пожитков отримує кошти на інші дослідницькі проєкти. Однак обидва вчені переконані, що їхні результати не варто засовувати в довгу шухляду примхливої науки. Обидва переконані, що дослідження потрібно продовжити.