Parte 1: una persona può sfidare i propri geni
In teoria, gli organismi viventi possono vivere per molto tempo, quasi per sempre. Da dove veniva una cattiva proprietà come la morte negli esseri viventi?
Moriremo tutti un giorno. Sfortunatamente (e forse fortunatamente, ci sono diversi punti di vista), la vita è organizzata in modo tale da completare questo miracolo con un'aggiunta obbligatoria molto spiacevole: la morte.
Alcuni biologi ritengono che non sia sempre stato così. Sembra che il famoso August Weismann sia stato il primo a dubitare dell '"inevitabilità" della morte. Questo è l'antenato dei genetisti weismanisti-morganisti, così odiati da Trofim Lysenko. Nella sua conferenza, che Weismann tenne a Friburgo nel 1881, disse: "Vedo la morte non come una necessità primaria, ma come qualcosa che viene acquisito una seconda volta nel processo di adattamento". Così la morte è stata inventata dalla natura apposta per garantire il cambiamento delle generazioni, senza il quale la vita non può svilupparsi e senza il quale l'evoluzione è impossibile.
Il ruolo del DNA nell'ereditarietà non era ancora noto. Non era chiaro come fosse organizzata la genetica in generale, e Weisman pensava che tutto questo sarebbe stato rivelato: "Non c'è dubbio che gli organismi superiori nella versione del loro disegno che è arrivata fino a noi oggi contengono i semi della morte". Di quali semi stiamo parlando? Certo, sui geni. Cioè, se tradotto in un linguaggio più moderno, un noto biologo ha affermato che i geni della morte sono incorporati in tutti gli organismi viventi (cioè tu ed io). Quindi si scopre che un giorno possono accendersi e moriremo subito. Commettiamo, per così dire, un suicidio biologico molecolare.
Fino a che punto siamo d'accordo? Al punto che gli organismi viventi sono in qualche modo programmati per suicidarsi? Può sembrare una follia: tutti conoscono l'istinto di autoconservazione e, in generale, cosa può essere più prezioso per il corpo e una persona della sua stessa vita?
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L'obiettivo più alto di un organismo vivente
Da un punto di vista umanitario, cioè il nostro egoismo umano, ovviamente, la vita è il valore più alto. Ma l'autore di queste righe è un biologo professionista, e anche con un debole per la medicina. Quindi considero una persona anche solo un essere vivente imparentato con vertebrati, animali, mammiferi, dell'ordine dei primati, il genere Homo, la specie sapiens. E so che per tutti gli esseri viventi c'è una cosa che è molto più preziosa della loro stessa vita. Questo è il genoma della loro specie. L'insieme di tutti i geni, che determina cos'è questa creatura, che tipo di creatura è.
E questa è una cosa davvero importante. Il genoma di ogni specie si è formato come risultato di decine e centinaia di milioni di anni di evoluzione e, se una volta si perde, la specie scomparirà completamente, il che significa che tutti questi milioni di anni sono passati invano. Tutti gli esseri viventi e nel loro numero con te, dai loro genitori ricevono una copia del genoma, controllano le sue prestazioni (copia) durante la vita e se la copia si è rivelata buona, viene trasmessa ai loro figli. Qualcun altro chiede del significato della vita? Dal punto di vista della biologia, sembra così. L'ho preso, l'ho usato un po 'e, se funziona bene, l'ho passato.
Di solito, gli interessi del genoma coincidono completamente con gli interessi del suo portatore temporaneo. Se la creatura, non avendo il tempo di lasciare la prole, muore, una copia del suo genoma andrà persa per sempre. Ma a volte si verificano situazioni molto spiacevoli quando i desideri del portatore stesso non coincidono con i bisogni del genoma. E poi i nostri geni ci mostrano subito chi è il padrone di casa.
Un buon esempio è il lievito di birra, uno degli argomenti di ricerca preferiti dai biologi. (Sospetto che ciò sia dovuto a un meraviglioso sottoprodotto che possono produrre.) Il lievito è un fungo unicellulare piuttosto primitivo e può vivere in due modi: riprodursi asessualmente o organizzare la riproduzione sessuale per se stesso.
Se tutto va bene nella loro vita, allora il lievito si moltiplica, sputando nuove cellule da se stesso, le sue esatte copie-cloni. Il processo può essere ripetuto molte volte e il lievito vive molto a lungo, moltiplicandosi di numero e cercando di catturare più spazio possibile. L'evoluzione in questa modalità è estremamente lenta, perché la variabilità è molto piccola, le cellule nuove e quelle vecchie si mescolano nell'ambiente e ce ne sono molte vecchie. In generale, la stagnazione.
Ma poi le condizioni iniziano a peggiorare (ad esempio, tutto il cibo semplice che si trova nella zona è stato mangiato). Le cellule di lievito sentono che l'omaggio è finito e "decidono" di accelerare la propria evoluzione, riacquistando la capacità di adattarsi rapidamente alle nuove condizioni. Questo viene fatto usando due cose:
Viene introdotta la riproduzione sessuale obbligatoria.
Per fare ciò, le cellule di lievito concordano su quale di loro sarà un ragazzo e quale sarà una ragazza e organizzano uno scambio genico.
Appare la morte rapida.
Morte programmata delle cellule di lievito, che è assente in condizioni più confortevoli di riproduzione asessuata. Ovviamente è necessario affinché la vecchia generazione di lieviti faccia posto a quella nuova risultante dal "mescolamento" dei geni.
E sai qual è il segnale che innesca la morte programmata delle cellule di lievito? Feromone - una sostanza che il lievito di un sesso percepisce i rappresentanti del sesso opposto. La scoperta di questo fatto ha causato molto rumore nella folla di scienziati del lievito. Ecco una storia così straziante di amore e morte nel lievito di birra.
Il sacrificio è una regola generale
Cioè, non appena la specie aveva bisogno di accelerare la propria evoluzione, gli interessi dei singoli individui venivano immediatamente sacrificati per il bene di Sua Maestà Genoma. E questa regola, triste per i singoli individui, può essere fatta risalire a creature di qualsiasi complessità.
Pensa alle annuali che muoiono non appena il loro frutto matura. A proposito, potrebbero non essere affatto annuali. Solo allevamento una volta. Ad esempio, il bambù vive per decenni e poi fiorisce, forma semi e poi muore. Nota che un paio di mutazioni nei geni di una pianta annuale possono trasformarla in … una pianta perenne. Ad esempio, i genetisti belgi sono riusciti a farlo, il lavoro è stato premiato con la pubblicazione su Nature.
Pensi che questo valga solo per funghi e piante? Ecco gli insetti. La corona dell'evoluzione, comunque! Chiedete a uno zoologo invertebrato che è più figo: ditteri o scimmie calve goffe? Le effimere non vivono a lungo: da un paio d'ore a un paio di giorni (a seconda della specie specifica), perché non hanno … bocca. Non possono mangiare e morire di fame. Ad ogni singola mosca piace? Non credo proprio. Sono contenti del genoma della loro specie? Sono sicuro. Semplicemente perché è una specie animale di grande successo, cioè diffusa e di lunga data. Molto più vecchio di me e te.
Rompi il sistema, cambia il programma
Quindi, stranamente, ci sono programmi genetici suicidi. Ma non ne abbiamo parlato affatto per stupire ancora una volta la disposizione della natura vivente. C'è una domanda molto più urgente che riguarda ciascuno di noi. Ricorda: "moriremo tutti"? Il nostro genoma non ha qualcosa a che fare con questo triste fatto? Abbiamo ereditato dai nostri antenati primitivi qualche programma genetico, il cui scopo è portarci alla tomba?
Cercherò di dimostrarti che è così. E possiamo permetterci di rompere questo programma. Perché serve al solo scopo di accelerare l'evoluzione dell'uomo come specie biologica. Ma non ne abbiamo più bisogno, perché invece del ritmo di evoluzione di una lumaca, gli esseri umani utilizzano da tempo un metodo di sopravvivenza molto più veloce ed efficace come specie: il progresso tecnico. Ciò significa che non ha più bisogno di tutti i tipi di spiacevoli strumenti evolutivi e possono essere disattivati, non importa quanto Sua Maestà il Genoma Umano abbia protestato contro questo.
In altre parole, è del tutto possibile porre la domanda, vogliamo continuare ad essere un deposito temporaneo di geni nel passaggio da una generazione all'altra? Una macchina biologica, che segue ciecamente gli ordini del proprio genoma? È tempo per una rivolta delle macchine?
Parte 2: come il programma genetico spinge le persone alla tomba
La più grande minaccia per l'uomo è l'invecchiamento biologico, cioè il lento indebolimento delle funzioni del corpo, che aumenta inesorabilmente le probabilità di morte. Ci sono tutte le ragioni per credere che l'invecchiamento sia il risultato di un programma genetico.
Con tutta la grandezza dell'Umanità e dell'Uomo, tu ed io non siamo altro che macchine biologiche. I nostri genitori hanno caricato in noi un programma - la nostra vita, il nostro genoma - l'esecuzione, appunto, di questo programma. Che cos'è? Il fatto che dobbiamo svilupparci sotto forma di embrione, nascere, crescere e, se la copia scaricata del genoma ha avuto successo in noi, trasferire questa copia ai nostri figli. Ma il programma non finisce qui. Perché in esso c'è anche una fase finale: è necessario liberare un posto nella grotta per la prossima generazione, in altre parole, per morire.
Se tutti sono d'accordo con le prime fasi del programma, allora in qualche modo non gli piace pensare all'ultima parte. E non solo persone comuni, ma anche scienziati professionisti. Forse è perché la maggior parte dei biologi ama molto la vita e tutte le sue manifestazioni. In realtà, è per questo che siamo diventati biologi. È sempre molto più interessante per noi esplorare da dove viene qualcosa, che dove andrà in seguito, come verrà distrutto.
A questo proposito, la storia dello studio delle proteine è molto istruttiva (il loro altro nome sono proteine, questo è precisamente ciò che è codificato nei nostri geni, la parte più importante in qualsiasi sistema vivente). Il processo di sintesi proteica nelle cellule ha iniziato a essere studiato da vicino già negli anni '50 e si è capito molto rapidamente come ciò avvenisse. Dagli anni '70, tutti i libri di testo hanno descritto il meccanismo corrispondente, che funziona perfettamente e produce continuamente tutte le proteine di cui abbiamo bisogno. Domanda: dove vanno allora? Non vivono per sempre. La cellula sarebbe semplicemente esplosa dalle proteine sintetizzate per tutto il tempo. Ma per qualche ragione, i biologi in qualche modo "non si sono preoccupati molto di questo problema". E trascurato un sistema ampio e complesso di degradazione delle proteine. Occupa più del 10% di tutti i nostri geni e ciò determina esattamente per quanto tempo una particolare proteina dovrebbe vivere,a seconda della sua funzione. Alcuni di loro vivono solo poche ore, altri rimangono nella gabbia per anni. Hanno iniziato a lavarsi su questo solo alla fine degli anni '80 e il premio Nobel è stato assegnato per la scoperta di un sistema per la distruzione mirata delle proteine.
Rovina il programma
Non è successa una storia simile con la morte programmata dell'organismo? Forse i biologi non volevano solo pensarci? E invano! Perché se anche la nostra morte è programmata, come la nostra nascita, allora questo ci dà un'enorme possibilità di vivere meglio e più a lungo. Il fatto è che la biologia, con tutti i suoi risultati, è una scienza abbastanza giovane. Sappiamo ancora abbastanza approssimativamente come è organizzata la natura vivente e ancora non sappiamo come creare vari nuovi sistemi biologici che potrebbero esserci utili per prolungare la nostra vita. Ma se la nostra morte avviene a causa dell'azione del programma, non c'è bisogno di costruire nulla. Al contrario, è necessario rompere. Rompi l'ultima fase di questo programma, che è fatale per noi. Inoltre, è anche possibile non romperlo completamente (questo può essere pericoloso e, probabilmente, è ancora impossibile),è abbastanza semplice interferire con esso in qualche modo, inserire questo meccanismo nelle ruote dei bastoni. Per tutti i giovani dell'ingegneria biologica e della biologia, in qualche modo sappiamo già come rompere. E poi il meccanismo funzionerà peggio, il che significa che vivremo più a lungo.
Eppure, esiste un meccanismo simile di suicidio programmato nel corpo umano? Forse gli scienziati in qualche modo l'hanno trascurato, solo perché non c'è e non perché non volessero guardare? Con tutto il rispetto per i miei colleghi, non credo. E poi cercherò di dimostrare come sia possibile in generale in una scienza così lassista come la biologia, che sì, abbiamo questo programma. E puoi iniziare a combatterlo. Ma per scoprire di cosa si tratta, dovrai leggere questa serie di articoli fino alla fine.
Ebbene, di che tipo di programma possiamo parlare? Ci sono diverse opzioni e iniziamo con la più semplice. C'è una cosa molto brutta e mortale come la sepsi. Di solito accade quando il sangue viene infettato da batteri. Cioè, se un gran numero di microbi entra nel sangue, è molto pericoloso. La temperatura di una persona aumenta bruscamente, si sviluppa la cosiddetta infiammazione sistemica e il processo molto probabilmente finisce nel modo più triste: il paziente muore. A proposito, questo funziona anche su altri animali: ratti, topi e qualsiasi altro animale.
Perché succede questo? Sembrerebbe che tutto sia chiaro. I batteri hanno iniziato a moltiplicarsi nel sangue, il sistema immunitario non riesce a farcela e "mangiano" il corpo umano dall'interno. E cosa, ci si chiede, potrebbe non essere adatto a noi con una spiegazione così semplice e comprensibile?
Immunità mortale
Ma ecco il problema. Ad un certo punto si è scoperto che lo stesso effetto può essere ottenuto (non negli esseri umani, ovviamente, ma in un esperimento sui ratti) se nel sangue vengono introdotti batteri morti (!). Non possono né riprodursi né "mangiare" nulla. E i sintomi sono gli stessi: febbre e infiammazione e, di conseguenza, morte per insufficienza multiorgano. Aha! - dissero gli scienziati interessati, - significa che i batteri non sono terribili di per sé, ma perché contengono una sostanza molto velenosa per l'uomo (o per i topi)! Provoca anche shock settico. Cominciarono a capire e isolare davvero una tale sostanza dai batteri, o meglio dai loro gusci. Se viene pulito e introdotto nel sangue di un animale, anche la sfortunata creatura morirà di shock settico. Cos'è questa sostanza? Che terribile veleno battericoche è stato immediatamente chiamato endotossina, cioè il veleno interno dei batteri?
Si è scoperto che questo è un polimero semplice costituito da residui di zuccheri e lipidi - lipopolisaccaride (abbreviazione inglese - LPS). Nella sua essenza chimica, la sostanza è completamente innocua, è solo un materiale da costruzione che costituisce la parete cellulare dei batteri. In che modo LPS può essere tossico per i mammiferi? Hanno iniziato a capire ulteriormente e hanno scoperto che i mammiferi hanno proteine speciali: i recettori LPS, che monitorano costantemente il sangue per l'aspetto di questa sostanza. E se rilevano una certa quantità di LPS, innescano una terribile cascata di reazioni biologiche, che chiamiamo shock settico. Se creiamo un topo mutante che ha un gene rotto per questo recettore, allora per un topo OGM la dose più letale di LPS sarà assolutamente innocua.
Il suo corpo semplicemente non noterà l '"endotossina" e continuerà a vivere felicemente. Puoi interrompere questo programma suicida in un altro modo. La misteriosa cascata infiammatoria in risposta all'LPS fa parte del sistema immunitario del corpo. Conosciamo sostanze come i corticosteroidi come il desametasone che sono bravi a sopprimere il sistema immunitario. Di conseguenza, se l'LPS viene iniettato in un topo insieme a desametozona, i recettori LPS del topo, ovviamente, rileveranno e trasmetteranno un segnale "verso l'alto" al sistema immunitario. Ma questo non porterà a nulla di terribile, perché sarà disabilitato. E il topo sopravviverà.
In generale, se omettiamo tutti questi terribili dettagli, la conclusione è la seguente: la morte per shock settico si verifica a seguito del lavoro di uno speciale programma suicida. Il corpo si uccide se trova al suo interno un numero sufficientemente elevato di batteri patogeni. Ormai si sa molto di questo programma: come si avvia, quali parti del sistema immunitario si attiva, come e quando il processo entra in una fase irreversibile.
Sacrificio per il resto
Sorge una domanda ragionevole, ma molto poco amata dai biologi: perché? Perché i mammiferi avevano questo sistema letale? Sicuramente non è necessario per un organismo separato. Senza il sistema di shock settico, avrebbe almeno qualche possibilità di "schiacciare" l'infezione e sopravvivere. Ma la natura non concede questa possibilità, mettendo fine allo sfortunato, e anche se i batteri che lo hanno infettato sono già morti. Perché?
Una risposta esatta a questa domanda, ovviamente, non può essere data, perché i percorsi dell'evoluzione sono imperscrutabili … beh, o colui che lo dirige lì. Ma, in realtà, l'intera storia sembra molto ragionevole e pratica. Vero, non dal punto di vista di una singola persona, come corona della natura, ma dal punto di vista di Sua Maestà il Genoma dell'Homo sapiens.
In tempi primitivi, che per gli standard evolutivi erano solo pochi secondi fa, un individuo infetto era estremamente pericoloso per il resto della sua specie. Perché potrebbe trasmettere loro l'infezione, infettare l'intera popolazione e … e se questa fosse l'ultima popolazione di questa specie? Quindi lui (la specie) scomparirà e con esso il suo genoma. Peggio ancora, anche se la malattia non è fatale, è comunque molto pericolosa. Il fatto è che nelle fasi iniziali, il corpo combatte l'infezione sintetizzando sostanze molto tossiche: i radicali liberi (ne parlerò in una delle colonne seguenti).
Queste sostanze sono mutagene. E se l'infezione era grave, vengono sintetizzati molti radicali e questa è già una minaccia diretta alla comparsa di troppe mutazioni nel genoma. Ebbene, come sopravviverà un individuo malato e, con tutte le sue mutazioni, partorirà bambini con genomi non comprensibili? Pericoloso! Dal punto di vista della specie e, soprattutto, del suo genoma, è di gran lunga preferibile se l'individuo infetto non corre da nessuna parte, giace tranquillamente sotto il cespuglio più vicino e … muore senza infettare i parenti e non partecipando più alla riproduzione. Questo è l'obiettivo del programma per lo shock settico.
Ma nel mondo moderno, una persona non ha affatto bisogno di un programma del genere. Perché abbiamo antisettici e antibiotici.
E sulla vecchiaia
Bene, bene, il coraggioso lettore che ha resistito a queste righe dirà, diciamo che la sepsi è un programma. Ma fortunatamente, lo shock settico è ben lungi dall'essere la principale causa di morte nelle persone. Ce ne sono altri molto più comuni. E cosa hanno a che fare con i programmi, i genomi e la rivolta delle macchine biologiche?
La risposta è: sai qual è la causa di morte più comune? Minacciare il 100% delle persone, diciamo, di età superiore ai 20 anni? Questo è l'invecchiamento biologico! Cioè, un lento e consistente indebolimento delle funzioni corporee con l'età, aumentando inesorabilmente la probabilità di morte. Quindi, l'autore appartiene a quei biologi che credono che abbiamo tutte le ragioni per considerare l'invecchiamento come il risultato dell'attività di un tale programma genetico. E nel prossimo numero della nostra bio-serie, cercherò di presentarvi le prove di questa audace ipotesi, e campioni evolutivi nudi mi aiuteranno in questo.
