Некоторые клетки могут входить в "третье состояние, которое выходит за рамки традиционных границ жизни и смерти".

Некоторые клетки могут входить в «третье состояние, которое выходит за рамки традиционных границ жизни и смерти».

1 мин


Данный материал является переводом оригинальной статьи, размещённой на сайте The Conversation.

Жизнь и смерть традиционно рассматриваются как противоположности. Но появление новых многоклеточных форм жизни из клеток мертвого организма вводит «третье состояние», лежащее за пределами традиционных границ жизни и смерти.

Обычно ученые рассматривают смерть как необратимую остановку функционирования организма в целом. Однако такая практика, как донорство органов, показывает, как органы, ткани и клетки могут продолжать функционировать даже после гибели организма. Эта устойчивость поднимает вопрос: какие механизмы позволяют определенным клеткам продолжать работать после смерти организма?

Мы исследователи, которые изучают, что происходит внутри организмов после их смерти. В нашем недавно опубликованном обзоре мы описываем, как определённые клетки — при наличии питательных веществ, кислорода, биоэлектричества или биохимических сигналов — способны после смерти превращаться в многоклеточные организмы с новыми функциями.

Некоторые клетки могут входить в "третье состояние, которое выходит за рамки традиционных границ жизни и смерти".
Однажды биоботы могут быть созданы для доставки лекарств и очистки артериальных бляшек. Изображение: Kriegman et al. 2020/PNAS, CC BY-SA

Жизнь, смерть и появление чего-то нового

Третье состояние ставит под сомнение традиционные научные представления о поведении клеток. Хотя такие процессы, как превращение гусениц в бабочек или эволюция головастиков в лягушек, являются знакомыми примерами предопределённых трансформаций, существует лишь несколько случаев, когда организмы изменяются непредсказуемо. Опухоли, органоиды и клеточные линии, которые могут бесконечно делиться в чашке Петри, как, например, клетки HeLa, не относятся к третьему состоянию, поскольку они не приобретают новых функций.

Ксеноботы также способны к кинематической саморепликации, что означает, что они могут физически воспроизводить свою структуру и функции без роста. Это отличается от более распространённых процессов репликации, которые включают рост внутри или на теле организма.

Исследователи также обнаружили, что одиночные клетки человеческих лёгких могут самостоятельно собираться в миниатюрные многоклеточные организмы, способные к движению. Эти антроботы ведут себя и структурированы по-новому. Они не только способны ориентироваться в окружающей среде, но и в состоянии восстанавливать как себя, так и повреждённые нервные клетки, расположенные поблизости.

В совокупности эти открытия демонстрируют присущую клеточным системам пластичность и ставят под сомнение идею о том, что клетки и организмы могут эволюционировать только предсказуемым образом. Третье состояние предполагает, что смерть организма может играть важную роль в том, как жизнь изменяется со временем.

Некоторые клетки могут входить в "третье состояние, которое выходит за рамки традиционных границ жизни и смерти".
На диаграмме А показан антропобот, строящий мост через поцарапанный нейрон в течение трех дней. На диаграмме B зеленый «шов» выделен в конце третьего дня. Изображение: Gumuskaya et al. 2023/Advanced Science, CC BY-SA)

Посмертные условия

На то, могут ли определённые клетки и ткани выживать и функционировать после смерти организма, влияют несколько факторов. К ним относятся условия окружающей среды, метаболическая активность и методы сохранения.

Разные типы клеток имеют различное время выживания. Например, у людей белые кровяные клетки погибают через 60-86 часов после смерти организма. У мышей клетки скелетных мышц могут регенерироваться спустя 14 дней после смерти, а фибробласты овец и коз можно культивировать до месяца после смерти.

Метаболическая активность играет важную роль в способности клеток продолжать жить и функционировать. Активные клетки, которым требуется постоянный и значительный приток энергии для поддержания их работы, труднее культивировать, чем клетки с более низкими энергетическими потребностями. Методы сохранения, такие как криоконсервация, позволяют тканям, например костному мозгу, функционировать аналогично донорским образцам.

Важную роль в выживании клеток и тканей играют их внутренние механизмы. Например, исследователи обнаружили значительное увеличение активности генов, связанных со стрессом и иммунным ответом, после смерти организма, вероятно, чтобы компенсировать потерю гомеостаза. Кроме того, существенно влияют на жизнеспособность тканей и клеток такие факторы, как травмы, инфекции и время, прошедшее с момента смерти.

Некоторые клетки могут входить в "третье состояние, которое выходит за рамки традиционных границ жизни и смерти".
Различные типы клеток обладают разной способностью к выживанию, включая лейкоциты. Изображение: Ed Reschke via Getty Images

Такие факторы, как возраст, состояние здоровья, пол и видовая принадлежность, также формируют посмертные процессы. Это особенно заметно в сложностях культивирования и трансплантации от донора к реципиенту метаболически активных островковых клеток, которые вырабатывают инсулин в поджелудочной железе. Исследователи полагают, что автоиммунные процессы, высокие энергетические затраты и деградация защитных механизмов могут быть причинами многих неудач при трансплантации островковых клеток.

Как взаимодействие этих переменных позволяет некоторым клеткам продолжать функционировать после смерти организма, остаётся неясным. Одна из гипотез заключается в том, что специализированные каналы и насосы, встроенные в наружные мембраны клеток, действуют как сложные электрические схемы. Эти каналы и насосы генерируют электрические сигналы, которые позволяют клеткам общаться между собой и выполнять такие специфические функции, как рост и движение, формируя структуру организма.

Степень, в которой различные типы клеток могут трансформироваться после смерти, также остаётся неопределённой. Ранее проведённые исследования показали, что определённые гены, связанные со стрессом, иммунитетом и эпигенетической регуляцией, активируются после смерти у мышей, рыбок данио и людей, что свидетельствует о широком потенциале трансформации среди различных типов клеток.

Влияние на биологию и медицину

Третье состояние не только даёт новые представления о способности клеток к адаптации, но и открывает перспективы для новых методов лечения.

Например, антроботы могут быть созданы из живых тканей человека для доставки лекарств без риска вызвать нежелательную иммунную реакцию. Специально разработанные антроботы, введённые в организм, могут потенциально растворять артериальные бляшки у пациентов с атеросклерозом или удалять излишки слизи у пациентов с муковисцидозом.

Важно отметить, что эти многоклеточные организмы имеют ограниченную продолжительность жизни, естественным образом деградируя через четыре-шесть недель. Этот «выключатель» предотвращает рост потенциально инвазивных клеток.

Лучшее понимание того, как некоторые клетки продолжают функционировать и превращаться в многоклеточные структуры после смерти организма, может стать ключом к развитию персонализированной и профилактической медицины.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

Включить уведомления Да Спасибо, не надо