Реклама на портале

Клеточная аутофагия. Покой, апоптоз или аутофагия: как клетка принимает решение

В среднем килограмм картофельных чипсов стоит в двести раз дороже, чем килограмм картофеля.

Последнее время мне все чаще задают вопросы об аутофагии. Сначала такая волна интереса к молекулярной биологии меня удивила. Но оказалось, дело в том, что различные «тренеры по питанию» рекомендуют делать длительные перерывы между приемами пищи, нечто типа голодания продолжительностью в 14-16 часов и называют этот процесс аутофагией.

Якобы во время такого голодания, организм перерабатывает старые, больные, поврежденные клетки и создает из них новые – молодые и здоровые. И якобы именно за изобретение такой «диеты» японский ученый Есинори Осуми получил Нобелевскую премию.

Если кротко, то все эти истории — неправда. Но короткого ответа в данной ситуации как мне кажется недостаточно. Поэтому давайте разбираться подробно.

Есинори Осуми на самом деле существует, он биолог, работает в сфере молекулярной биологии. И он действительно получил Нобелевскую премию за то, что «выяснил механизм аутофагии, самофагоцитоз, в котором голодные клетки используют собственный белки в качестве источника питания». Но никакого отношения к похудению и омоложению организма это не имеет вообще. Я думаю, господин Осуми вообще очень сильно бы удивился, если бы узнал о подобной трактовке его работы.

Что такое аутофагия

Это механизм, обнаруженный в клетках эукариотических организмов, от дрожжей до людей, предотвращающий накопление аномального количества белка в клетке, обеспечивающий рециркуляцию белков при чрезмерном их синтезе. В случае голодания, разрушение клеточных компонентов способствует выживанию клеток, поддерживая уровни клеточной энергии.

Аутофагия участвует в поддержании гомеостаза живых организмов путем устранения патогенных микроорганизмов, вторгшихся в цитоплазму.

При болезни аутофагия рассматривается в одних случаях как адаптивный ответ на стресс, который способствует выживанию, а в других, способствует гибели клеток и заболеванию (болезнь Альцгеймера, ИБС и др.).

Как работает аутофагия в масштабе организма

Для того чтобы клетки могли выполнять жизненно важные функции, организму необходимо синтезировать белки, которые состоят из аминокислот. То есть для того, чтобы клетки могли функционировать нормально, нужны незаменимые аминокислоты, служащие источником питательных веществ.

При голодании, когда питательные вещества истощаются, а поступление аминокислот прекращается, организму может быть нанесен серьезный ущерб, связанный с гибелью клеток. Однако считается, что клетки могут временно избежать этого повреждения с помощью аутофагии.

Когда происходит аутофагия, часть белка, всегда присутствующего в клетке, разлагается с образованием пептидов или аминокислот. Тем не менее, избегание голода при помощи аутофагии носит временный характер и не может помочь, если голод продолжается в течение длительного времени. А когда аутофагия прогрессирует чрезмерно, это приводит к гибели клеток.

Роль аутофагии в предотвращении и провоцировании заболеваний

Как уже понятно из написанного выше, аутофагию никак нельзя назвать процессом однозначно полезным или однозначно вредным. Все зависит от конкретной ситуации и интенсивности процесса.

Например, аутофагия играет важную роль при раке. И роль может быть абсолютно противоположной. Она может, как защищать от рака, уничтожая потенциально опасные клетки, так и способствовать прогрессированию рака, помогая выживать опухолевым клеткам.

Аутофагия при болезни Альцгеймера наносит вред . Исследователи из Центра RIKEN в Японии выяснили, что отсутствие аутофагии в нейронах предотвращает секрецию бета-амилоида и образование амилоидных бляшек в мозге. Те же данные получили исследователи из Университета Сарагосы.

А вот при наследственной форме болезни Паркинсона, наоборот, отсутствие аутофагии , служит причиной накопления компонентов вызывающих гибель нейронов.

На заболевания сердечно-сосудистой системы, аутофагия влияет как положительно так и отрицательно. При ранних стадиях, например, гипертонии аутофагия помогает быстрее восстановить ткани, но при избыточной активации может усилить их повреждение. Особенно с учетом того, что регенеративная способность тканей миокарда крайне ограничена.

Поскольку нарушение процесса аутофагии вовлечено в патогенез широкого спектра заболеваний, ученые всего мира прилагают большие усилия для выявления или создания лекарств которые будут способны ее регулировать. Не только ускорять, но и замедлять или даже останавливать.

Какое отношение аутофагия имеет к похудению и омоложению?

К похудению однозначно никакого. В контексте питания, аутофагия это механизм который при голодании, больших физических нагрузках и др. позволяет поддерживать гомеостаз. Можно сказать, благодаря аутофагии, организм может безвредно голодать какое-то время, получая нужные аминокислоты из собственных тканей. То есть это функция, сохраняющая жизнь организма, во время перебоев с получением пищи.

Поскольку лишний вес это отнюдь не лишние белки, а лишний жир, абсолютно непонятно как адепты «аутофагии для похудения» вообще связали этот процесс со снижением веса.

С омоложением тоже проблема. То, что одна клетка погибла, не означает, что новая, сформировавшаяся вместо нее будет лучше по качеству и никто не может гарантировать, что это не будет клетка злокачественной опухоли.

Хотя конечно, не следует сбрасывать со счетов, что дисфункции процесса аутофагии играют роль во многих возрастных заболеваниях. Например ученым удалось увеличить продолжительность жизни нематод и фруктовых мух увеличив аутофагию. Но учитывая разницу в физиологии нематоды и человека и роль аутофагии в нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваниях, нельзя сказать, что такие же методы приведут к увеличению продолжительность жизни человека.

В общем, чтобы делать какие-то выводы о влиянии процесса аутофагии на продолжительность жизни, придется подождать, пока исследователи всесторонне изучат этот процесс и получат однозначные ответы.

Резюмируя вышеизложенное можно сказать только одно. «Чудесной пилюли» для похудения как не было, так и нет. Чтобы похудеть, чувствовать себя лучше и выглядеть моложе, нужно воспользоваться простым старым способом – правильно питаться, заниматься физкультурой и нормально высыпаться.

Механизмы активации аутофагии — Нобелевская премия по медицине 2016

Лауреат Нобелевской премии по медицине за 2016 год, доктор Осуми показывает нам, что периодическое голодание может дать нам более долгую и здоровую жизнь. Узнайте, как клеточная аутофагия может добавить десяток здоровых лет к вашей жизни.

Слышали ли вы, что доктор Иосинори Осуми в этом году получил Нобелевскую премию за свою работу, связанную с «самопоеданием» клеток организма?

«Зачем бы клеткам есть самим себя?» Могли бы вы спросить.

«Для того, чтобы жить дольше и более здоровым», я мог бы ответить.

Давайте я объясню.

Клетки на самом деле не едят себя полностью. Они лишь, частично разрушают белки и несущественные компоненты, чтобы повторно использовать их для получения энергии. Клеточный биолог доктор Осуми получил Нобелевскую премию по медицине в 2016 , потому что его работа по клеточной аутофагии дает нам большую ясность о том, как клетки организма избавляются от токсинов и восстанавливают себя.

Этот процесс называется «клеточная аутофагия» , и это то, что, вам необходимо, чтобы ваши собственные клетки, делали на регулярной основе. То есть, если вы хотите увеличить свои шансы прожить долгую, здоровую жизнь без затяжных болезней.

что такое клеточная Аутофагия?

Клеточная аутофагия является важным процессом для организма, чтобы выжить и остаться здоровым. В период когда человек ограничивает калорийность рациона, или полностью голодает не только клетки расщепляют белки и несущественные компоненты, чтобы повторно использовать их для получения энергии, но и клетки используют аутофагию для:

  • Уничтожения чужеродных вирусов и бактерий; (теперь вы наверно понимаете почему вам так не хочется есть во время болезни простудой или гриппом?), а также
  • Избавляете себя от поврежденных структур; процесс, который убирает, повреждения которые могут способствовать развитию рака, инфекционным заболеваниям, иммунологическим заболеваниям и нейродегенеративных заболеваний; включая болезнь Паркинсона, диабет 2-го типа.

Еще одна факт - перебои в работе механизмов аутофагии, играют определенную роль в старении; наоборот, улучшение аутофагии, как полагают, замедлит процесс старения.

Таким образом, эта аутофагия тема очень привлекающая внимание (получившая признание даже Нобелевской премией!) Она имеет очень важное значение, на самом деле она была открыта еще в 60 годы прошлого века, но мало что было известно о том, как на самом деле происходит аутофагия, какие участвуют гены, и её специфическая роль в болезнях и нормальном развитии до исследований д-ра Осуми, который начал изучать аутофагию в дрожжах. Он занимается процессом изучения аутофагии уже 27 лет.

Да, те самые дрожжи снова! Дело в том, однако, что новаторская работа доктора Осуми демонстрирует, что гены аутофагии и метаболические пути у дрожжей аналогичны у высших организмов, включая человека.

Слово «аутофагия» происходит от двух греческих слов, означающих «само-поедание». Это относится к процессу, в котором клеточный мусор захватывается и запечатывается в мешковидные мембраны, называемые аутофагосомы. Запечатанные содержимое транспортируются в другую структуру, которая называется лизосома, аналог клеточного бункера для мусора.

Изучая процесс в клетках дрожжей, доктор Осуми определил основные гены, участвующие в аутофагии и показал, какие белки они кодируют вместе, чтобы построить аутофагосомную мембрану. Позже он показал, что аналогичный процесс происходит при рециркуляции клеточной связи в клетках человека - и что наши клетки не выжили бы без этого процесса.

Аутофагия удаляет накопление холестерина в стенках артерий человека

Эта картинка иллюстрирует открытие, сделанное группой исследователей из Университета Оттавы института сердца во главе с биохимиком Ивом Марселем, директором биологической лаборатории липопротеинов высокой плотности Института Сердца в Канаде.

Д-р Марсель и его команда обнаружили, ещё одну функцию клеточной аутофагии - мобилизация и удаление холестерина из клеток.

Исследования Канадского института сердца показали, что аутофагия может поглотить и переварить холестерин накапливающийся в стенках артерий. «Этот процесс способствует выведению холестерина и может помочь найти совершенно новые пути для предотвращения развитие атеросклероза, являющегося основной причиной сердечных приступов и инсультов» заявляет д-р Ив Марсель.

История применения лечебного периодического голодания

Вручение Нобелевской премии в 2016 году за исследования в области аутофагии вновь пробудило интерес к теме, периодического лечебного голодания. Методику лечебного голодания многие люди старшего поколения, рожденные в СССР, помнят еще с 70 годов прошлого века, когда ее сделала популярным книга Поля Брега «Чудо голодания». Но положительное влияние голодания на здоровье известно с очень древнего времени - еще в библии его упоминают 74 раза! Голодали многие известные философы и ученые древности: величайший математик Пифагор, философы Сократ и Платон и все они прожили достаточно долго - в районе 90–100 лет.

В СССР тему лечебного голодания изучал доктор медицинских наук Юрий Николаев, в 1973 году он выпустил популярную книгу «Голодание ради здоровья» - она разлетелась мигом, тираж был 200 тысяч экземпляров, книга была переведена на многие зарубежные языки. Более 10 лет Николаев изучал влияние голодания на различные заболевания человека и в результате появился его метод названый «разгрузочно-диетической терапией» (РДТ). Метод был настолько популярен в СССР, что в больницах даже открывали отделения посвященные, конкретно этому методу лечения. Не знаю с чем связано, что методика была забыта у нас в стране - вероятнее всего, это связано с развалом СССР, как и многое другое. Сам доктор медицинских наук Юрий Николаев умер в 1998 году в возрасте 93 года.

Периодическое голодание для активации аутофагии

Ну а теперь перейдем к практике. Отличная новость в том, что вы можете выбрать методику периодического голодания для запуска аутофагии , которая лучше всего вам подходит:

  • Ешьте с 13:00 часов дня и до 8:00 вечера, давая вашему организму 17 часов без еды, для увеличения процессов аутофагии; или
  • Ешьте в течение пяти дней в неделю как обычно, и ограничивайте калории до 500 два дня в неделю (устраивайте разгрузочные дни на овощах); или
  • Питайтесь как обычно в течение пяти дней в неделю, но ограничивайте калории до 500 за счет употребления только сырых овощей в течение одного дня и полностью голодайте в течение одного дня.

Данные типы периодического голодания доказали эффективность в активации аутофагии на лабораторных животных, и так же на людях у которых снизились биомаркеры отвечающие за риск развития рака, диабета и болезней сердца.

Если вы придерживаетесь вегетарианского питания, то вероятно периодические голодания для вас не нужны, так как при этом типе питания скорее всего происходит активация аутофагии за счет постоянного ограничения калорийности питания, конечно если вы не питаетесь только лишь одними сладкими фруктами — так называемое фрукторианство, на мой взгляд весьма вредный способ питания для здоровья человека.

В своей статье я приводил документальный фильм ВВС «Есть, голодать, жить дольше» в, котором рассказывали о некоторых вариантах голодания, и ограничения калорийности диеты, рекомендую посмотреть, фильм действительно очень интересный. В нем главный герой — посещает несколько центров по изучению голодания, и применяет на себе выбирая наиболее подходящий для себя.

Вывод: в статье я рассказал о том как можно улучшить своё здоровье за счет периодического голодания активирующего процесс аутофагии в организме, это одно из самых важных действий, которое вы можете сделать для своего здоровья и долголетия, наравне с приемом и отказом от вредных привычек.

Спасибо за прочтение моей статьи, а как вы относитесь к голоданию ? Пробовали ли вы когда либо голодать? Напишите ваши комментарии после статьи мне будет интересно узнать о вашем опыте.

The following two tabs change content below.

Роман Заболотников

Я уже более пяти лет помогаю читателям этого сайта получать самую новую информацию по тематике биохакинга, улучшению здоровья, продлению молодости и достижению долголетия, а также делюсь личным опытом и практическими наработками в области применения добавок и препаратов с IHERB. Буду благодарен, если вы уделите несколько минут и оставите свои комментарии и вопросы по поводу прочитанной статьи, ваше мнение очень важно для того, чтобы данный сайт был более интересным, а материалы более понятными.

Типы и механизмы аутофагии

Сейчас различают три типа аутофагии - микроаутофагию, макроаутофагию и шаперон-зависимую аутофагию. При микроаутофагии макромолекулы и обломки клеточных мембран просто захватываются лизосомой. Таким путем клетка может переваривать белки при нехватке энергии или строительного материала (например, при голодании). Но процессы микроаутофагии происходят и при нормальных условиях и в целом неизбирательны. Иногда в ходе микроаутофагии перевариваются и органоиды; так, у дрожжей описана микроаутофагия пероксисом и частичная микроаутофагия ядер, при которой клетка сохраняет жизнеспособность.

При макроаутофагии участок цитоплазмы (часто содержащий какие-либо органоиды) окружается мембранным компартментом, похожим на цистерну эндоплазматической сети. В результате этот участок отделяется от остальной цитоплазмы двумя мембранами. Такие двухмембранные органеллы, окружающие удаляемые органеллы и цитоплазму , называются аутофагосомы. Аутофагосомы соединяются с лизосомами , образуя аутофаголизосомы, в которых органеллы и остальное содержимое аутофагосом перевариваются.
Видимо, макроаутофагия также неизбирательна, хотя часто подчеркивается, что с помощью нее клетка может избавляться от «отслуживших свой срок» органоидов (митохондрий. рибосом и др.).
Третий тип аутофагии - шаперон-опосредованная. При этом способе происходит направленный транспорт частично денатурировавших белков из цитоплазмы сквозь мембрану лизосомы в ее полость, где они перевариваются. Этот тип аутофагии, описанный только для млекопитающих, индуцируется стрессом. Она происходит при участии цитоплазматических белков-шаперонов семейства hsc-70, вспомогательных белков и LAMP-2, который служит мембранным рецептором комплекса шаперона и белка, подлежащего транспорту в лизосому.
При аутофагическом типе клеточной гибели перевариваются все органеллы клетки, оставляя лишь клеточный дебрис, поглощаемый макрофагами .

Регуляция аутофагии

Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях. Основными стимулами к усилению процессов аутофагии в клетках могут служить

  • нехватка питательных веществ
  • наличие в цитоплазме повреждённых органелл
  • наличие в цитоплазме частично денатурировавших белков и их агрегатов

Кроме голодания, аутофагия может индуцироваться окислительным или токсическим стрессом.
В настоящее время на дрожжах детально изучаются генетические механизмы, регулирующие аутофагию. Так, для образования аутофагосом необходима активность многочисленных белков Atg-семейства (autophagosome-related proteins). Гомологи этих белков найдены у млекопитающих (в том числе и человека) и растений.

Значение аутофагии при нормальных и патологических процессах

Аутофагия - один из способов избавления клеток от ненужных органелл, а также и организма от ненужных клеток.
Особенно важна аутофагия в процессе эмбриогенеза , при так называемой самопрограммируемой клеточной гибели. Сейчас этот вариант аутофагии чаще называют каспаза-независимым апоптозом . Если эти процессы нарушаются, а разрушенные клетки не удаляются, то эмбрион чаще всего становится нежизнеспособным.
Иногда благодаря аутофагии клетка может восполнить недостаток питательных веществ и энергии и вернуться к нормальной жизнедеятельности. Напротив, в случае интенсификации процессов аутофагии клетки разрушаются, а их место во многих случаях занимает соединительная ткань . Подобные нарушения являются одной из причин развития сердечной недостаточности .
Нарушения в процессе аутофагии могут приводить к воспалительным процессам, если части мёртвых клеток не удаляются.
Особенно большую (хотя и не до конца понятную) роль нарушения аутофагии играют в развитии миопатий и нейродегенеративных болезней. Так, при болезни Альцгеймера в отростках нейронов пораженных участков мозга наблюдается накопление незрелых аутофагосом, которые не транспортируются к телу клетки и не сливаются с лизосомами. Мутантные хантингтин и альфа-синуклеин - белки, накопление которых в нейронах вызывает, соответственно, болезнь Хантингтона и болезнь Паркинсона - поглощаются и перевариваются при шаперон-зависимой аутофагии, и активация этого процесса предотвращает образование их агрегатов в нейронах.

См. также

Литература

  • Huang J, Klionsky D.J. Autophagy and human disease. Cell Cycle. 2007 Aug 1;6(15):1837-1849
  • Takahiro Shintani and Daniel J. Klionsky/Review/ Autophagy in Health and Disease: A Double-Edged Sword/Science, 2004, Vol. 306, no. 5698, pp. 990-995

Ссылки


Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Аутофагия" в других словарях:

    - (ауто + греч. phagein есть) процесс разрушения частей клеток или целых клеток лизосомами данных или других клеток, напр. при инволюции матки после родов … Большой медицинский словарь

    Схема, показывающая цитоплазму, вместе с ее компонентами (или органеллами), в типичной животной клетке. Органеллы: (1) Ядрышко (2) Ядро (3) … Википедия

    Лизосома (от греч. λύσις растворяю и sōma тело) клеточный органоид размером 0,2 0,4 мкм, один из видов везикул. Эти одномембранные органоиды часть вакуома (эндомембранной системы клетки). Разные виды лизосом могут рассматриваться как отдельные… … Википедия

    - (от греч. lýsis распад, разложение и soma тело) структуры в клетках животных и раститеьных организмов, содержащие ферменты (около 40), способные расщеплять (лизировать) белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды (отсюда название).… … Большая советская энциклопедия

    - … Википедия

    Андреа Соларио. Мадонна с зелёной подушкой (около 1507, Лувр). Грудное, или естественное вскармливание форма питания новорождённого человек … Википедия

Забудьте, наконец, об очищении соком или детоксовых диетах. Нельзя сказать, будто есть что-то плохое в том, чтобы употребить огромное количество измельченной капусты кейл. Однако не ожидайте, что это вымоет токсины из вашего организма быстрее, чем если бы вы питались, как обычно.

Самоканнибализм

Хорошие же новости заключаются в том, что существует малоизвестный способ, позволяющий вам действительно очистить организм, и это тот процесс, который вы можете самостоятельно контролировать. Все, что вам нужно, - это практиковать самоканнибализм. Постойте, что? Нет, вы не ослышались! И да, вы действительно можете обучить свое тело поедать себя. Хотите верьте, хотите нет, но вам это определенно нужно.

Что такое аутофагия?

Естественный процесс, называемый аутофагией (буквально - «самопоедание»), - это встроенная система очистки организма. Ваши клетки создают мембраны, которые охотятся за остатками мертвых, больных или изношенных клеток, пожирают их, разбирают их на запчасти и используют пригодные молекулы для того, чтобы производить энергию.

Очищение тела через переработку ненужных частиц

Вы можете думать об этой системе, как о внутренней программе переработки в вашем организме. Аутофагия делает организм человека более эффективным, так как он сам избавляется от неработающих частиц, останавливает рост раковых клеток, а также препятствует метаболическим дисфункциям, таким как ожирение или диабет.

Польза аутофагии

Существуют также доказательства того, что этот процесс может сыграть важную роль в контроле воспаления и иммунной системы. Когда ученые вывели крыс, у которых отсутствовала способность к аутофагии, они становились толстыми, сонливыми, у них был повышенный уровень холестерина и мозговые нарушения. Если сложить все вместе, то можно смело сказать, что аутофагия - это ключ к замедлению процесса старения, и вы можете научиться тому, как контролировать ее в вашем организме.

Как спровоцировать аутофагию?

Так как же вам стоит поедать самих себя? Это вопрос, который вы вряд ли задавали ранее, но сейчас вы узнаете на него ответ. В первую очередь вам стоит узнать, что аутофагия - это реакция на стресс, так что вам придется довести ваш организм до стрессового состояния, чтобы запустить в более усиленном режиме ваши системы самоканнибализма. В данный момент вы думаете, что эта статья выглядит совсем уж странно, но поверьте: если вы дочитаете ее до конца, то ваша жизнь может серьезно измениться к лучшему. Как обычно и бывает, кратковременный дискомфорт может привести к долговременным преимуществам, поэтому вам стоит ознакомиться с этими тремя наиболее эффективными способами запустить процессы аутофагии.

Упражнения

Вам всегда стоит помнить о том, что упражнения - это первейший способ довести ваш организм до стрессового состояния. Занятия спортом на самом деле наносят урон вашим мышцам, вызывая крошечные микротрещины, которые ваше тело тут же начинает залечивать, что делает ваши мышцы более сильными и более устойчивыми к дальнейшему подобному урону. Занятия спортом - это один из самых популярных способов, которым люди непреднамеренно очищают свой организм. Так что то ощущение свежести и обновленности после тяжелой тренировки - это признак того, что вы очистились. Одно исследование подробно изучило аутофагосомы - структуры, которые формируются вокруг поврежденных клеток, от которых тело решило избавиться. После того как ученые вывели крыс, у которых аутофагосомы светятся ярко-зеленым светом, они обнаружили, что скорость, с которой эти структуры избавляются от поврежденных клеток, у крыс, пробежавших тридцать минут на колесе, значительно возрастает. И скорость продолжала расти даже тогда, когда крысы бежали уже почти полтора часа без перерыва. Но что насчет людей? Определение необходимой нагрузки и продолжительности упражнений, которые запустят процессы аутофагии, а также степени, в которой этот процесс можно регулировать, является сложным вопросом, и на него сейчас не так просто найти точный ответ. Однако можно сказать, что упражнения дают большое количество преимуществ, даже если не учитывать их роль в аутофагии, так что вам в любом случае стоит заниматься спортом. И если вы любите тяжелые упражнения - для вас же лучше. Чем интенсивнее занятия спортом, тем больше выгода.

Голодание

Ирония заключается в том, что у тех, кто любит «очищать» организм с помощью соков и смузи, употребление любой пищи работает против аутофагии. Отказ от еды - это действие, которое принесет вам немало стресса. Вашему организму это определенно не понравится, но в итоге он получит от этого огромную пользу. Более того, ученые уже успели продемонстрировать, что от периодического голодания имеется немало конкретных преимуществ, таких как снижение риска возникновения диабета или сердечно-сосудистых заболеваний, и все они записываются на счет аутофагии.

Также поражает то, как много исследований было сосредоточено на действии этого процесса в головном мозге человека во время голодания. Предполагается, что данный процесс может быть эффективным способом снижения риска возникновения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или Паркинсона. В ходе некоторых исследований было обнаружено, что периодическое голодание улучшает когнитивные функции мозга, структуру мозга, а также нейропластичность, что может позволить мозгу запоминать новую информацию с большей легкостью. Конечно, не было конкретно доказано, что именно аутофагия является этому причиной, а также стоит упомянуть, что испытания проводились на грызунах. Поэтому нельзя сразу же сказать с уверенностью, что у людей будет такая же реакция. Практикующие специалисты говорят, что если вы хотите эффективно голодать, то вам лучше делать это периодически, сессиями от 12 до 36 часов. В процессе голодания рекомендуется ограничивать физическую активность только растяжкой или базовыми занятиями йогой.

Ограничивайте употребление углеводов

Хотя некоторые профессионалы не едят по 18 часов несколько раз в неделю, они признают, что среднестатистическому человеку будет сложно так жить. Простой отказ от еды при любом возможном случае также может оказаться неплохим вариантом - исследования показали, что даже один день голодания в месяц уже снижает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Но существует и другой способ получить все ту же пользу, при этом не отказываясь от вашего любимого стейка (хотя от конфет вам все же придется отказаться). Этот способ называется кетозом - все более популярной диетой среди бодибилдеров и всех тех людей, которые хотя жить дольше. Суть кетоза заключается в том, чтобы снизить содержание в организме углеводов настолько, чтоб у вашего тела не оставалось другого выбора, кроме как использовать жир в качестве источника энергии. Кетоз позволяет людям избавиться от жира, при этом сохраняя мышцы, и существуют доказательства того, что такая диета помогает организму бороться с раковыми опухолями, снижает риск возникновения диабета, а также защищает от возникновения некоторых видов умственных расстройств, в частности от эпилепсии. Исследования показывают, что более половины детей с эпилепсией, которые придерживались этой диеты, начали испытывать приступы в два раза реже. Кетоз - это как обход аутофагии. Вы получаете все те же метаболические изменения и преимущества, что и от голодания, но при этом вам не приходится голодать.

Аутофагия - это процесс, с помощью которого эукариотические клетки утилизируют свои внутренние компоненты, «переваривая» их ферментами лизосом. Это непрерывный процесс, поддерживающий баланс между синтезом и деградацией и обеспечивающий необходимые условия для нормального клеточного роста, развития и смерти. В этой статье мы обобщаем понятие аутофагии до общего принципа работы живых систем и предлагаем термин протофагия для обозначения прокариотических процессов, подобных аутофагии.

Аутофагия (от греч. αυτος - «само» и φαγειν - «есть» : самопоедание ) является клеточным механизмом утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки. Такая утилизация выполняет несколько важных функций, в том числе - получение питательных веществ при голодании, поддержку клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета, осуществление апоптоза и т.п. .

Как правило, термин аутофагия применяется для описания внутриклеточных процессов. Однако в определенном смысле ее можно рассматривать и как общий принцип, работающий не только на уровне клеток эукариот, но и в биосистемах других уровней, таких как организм, популяция или даже биосфера в целом. И на всех уровнях организации живого с принципом аутофагии можно соотнести многие известные процессы, - в частности, регуляцию жизнедеятельности бактериальных колоний. Здесь же мы рассмотрим аутофагию в более широком смысле - как процесс поглощения биологической системой своей части для поддержания собственной структуры и жизнедеятельности. Действительно: процессы, аналогичные аутофагии, появляются на разных «этажах» живой материи (см. примеры в таблице 1):

  • в эукариотических клетках (как сообществах органелл);
  • в организмах (как сообществах клеток и тканей);
  • в экосистемах (как сообществах живых организмов), и наконец;
  • во всей биосфере (как совокупности экосистем).

Например, на уровне организма одним из проявлений аутофагии является метаболизм подкожного жира, когда организм при голодании потребляет свою часть (жировую ткань) с перераспределением высвобожденной энергии. Другим примером служит апоптоз - регулируемое «самоубийство» клеток, необходимое для правильного развития любого растительного или животного организма .

Аутофагия присутствует и на уровне экосистем. Так же, как эукариотическая клетка постоянно утилизирует старые или дефектные органеллы, в экосистемах одни организмы «поглощаются» и служат источником энергии для других. Такой круговорот энергии и вещества в биосфере известен под термином «трофические цепи», которые можно определить как постоянное перераспределение биологического материала внутри экосистем.

Приведенные выше примеры аналогичны аутофагии в том, что в них для поддержания стабильности целого в жертву приносится часть системы. Так же, как аутофагия требуется эукариотической клетке для поддержания жизнедеятельности во время нехватки питательных веществ, сжигание жира организмом и экосистемные трофические цепи необходимы для адаптации к периодической нехватке энергии и стабилизации энергетического обмена.

Еще одна принципиальная функция процессов, подобных аутофагии, - обновление частей системы с целью поддержания ее стабильности как целого (гомеостаза). Время существования любого дифференцированного сообщества намного больше, нежели время жизни отдельных его частей, - вот тут-то и требуется механизм поддержания стабильности. Стабильность биосистем достигается путем постоянного обновления компонентов через аутофагию. Непрерывная утилизация старых компонентов обновляет биосистему, а также позволяет пополнить энергетические запасы. Этот же принцип используется и на других уровнях: в эукариотической клетке отработавшие свой ресурс органеллы перевариваются лизосомами, уступая место новым. На уровне организма поврежденные клетки элиминируются апоптозом или иммунной системой. В экосистемах отношения хищник–жертва не только поддерживают численность хищных видов, но и регулируют гомеостаз всей экосистемы, очищая ее от слабых и больных животных и предохраняя виды от вырождения.

Аутофагия является распространенным механизмом, используемым на различных уровнях биосферы. Почти любая живая система использует процессы, аналогичные аутофагии, для выживания и саморегуляции. Здесь мы использовали слово «почти» , так как аутофагия до сих пор не была описана у прокариот . Принимая во внимание роль аутофагии во всех других биосистемах, отсутствие ее у прокариот выглядит, по меньшей мере, странным. В этой статье мы попытаемся показать, что прокариоты не являются исключением, и аналог аутофагии у них также присутствует, - но обнаружить его можно лишь, если рассматривать прокариотические сообщества не как единичные клетки, а как мультиклеточные «организмы».

Прокариоты как многоклеточные организмы

На сегодня собрано достаточно данных о том, что в природе прокариоты существуют не в виде изолированных клеток, а в виде сложных микробных сообществ . Впервые эта смелая идея была выдвинуты в 80-х годах ХХ века, а сегодня она подкреплена солидной экспериментальной базой. Природные колонии прокариот имеют аналог эндокринной сигнализации внутри сообщества (например, чувство кворума ), дифференциацию клеток на специализированные подвиды, а также сложные паттерны коллективного поведения (совместная охота, коллективное переваривание добычи, коллективная устойчивость к антибиотикам и т.п.). Аутофагия как характеристика дифференцированных сообществ вполне может стать еще одним пунктом в этом списке.

Если бактериальная колония - это единая биосистема, то элементом ее будет служить единичная бактерия. Аналогично эукариотической органелле, прокариотическая клетка может рассматриваться как простейший элемент бактериального сообщества, окаймленный мембраной (и клеточной стенкой). Такое предположение ведет к интересному выводу: аутофагию нужно искать не внутри бактериальной клетки, а внутри бактериальной колонии. Действительно, «аутофагические» процессы хорошо известны у прокариотических колоний, правда под другими названиями - бактериальный каннибализм, бактериальный альтруизм, аутолиз или запрограммированная клеточная смерть . Бактериальный каннибализм впервые был описан как ответ бактериальной колонии на нехватку питательных веществ (см. врезку). Биологический механизм, запускающий аутофагию в этом случае, обнаружен у многих видов бактерий - это так называемая токсин-антитоксиновая система . Суть ее состоит в том, что при голодании колония лизирует («переваривает») часть своих клеток для того, чтобы остальные бактерии получили достаточно пищи для выживания. Таким образом колония переживает нехватку ресурсов или внешние неблагоприятные условия.

«Аутофагия» у бактерий

Типичные аутофагические модели описаны на молекулярном уровне у многих бактерий. Например, при нехватке пищи часть бактерий в колонии выделяет в окружающую среду токсин. При этом только некоторые из них способны производить молекулу антитоксина - белка, который обезвреживает токсин при его попадании в клетку. Такие клетки выживают и поглощают остальные, погибшие и лизированные под действием токсина. Это дает оставшимся в живых энергию, необходимую для споруляции , . Подобные процессы обнаружены у многих видов бактерий.

Для простоты описания мы введем термин протофагия как собирательный синоним процессов бактериального каннибализма, альтруизма, аутолиза и запрограммированной клеточной смерти . Прокариотическое сообщество представляет собой целостную биосистему, которая в случае необходимости перерабатывает часть себя для поддержания стабильности. При протофагии аутофагосомой (мембранной везикулы с продуктами деградации) служит сама прокариотическая клетка. Протофагия во многом схожа с аутофагией у эукариот (рис. 1):

  • оба процесса оперируют «везикулами» аналогичного размера (размер бактерии примерно равен размеру митохондрии или пероксисомы);
  • и про-, и аутофагия активируются подобными сигналами (голодание или стресс);
  • оба процесса осуществляются по одному и тому же принципу (регулируемое потребление биосистемой своей части);
  • оба процесса служат общей цели (выживание биосистемы в условиях стресса и поддержание ее гомеостаза).

Рисунок 1. Принципиальная похожесть протофагии и аутофагии.

Как и эукариотическая аутофагия, протофагия используется не только для получения пищи. Например, протофагия служит патогенным бактериям для инвазии организма-хозяина (рис. 2). Известно, что микрофлора хозяина (симбионты) может эффективно сдерживать рост патогенных микроорганизмов. С целью подавления конкуренции некоторые патогенные бактерии с помощью протофагии активируют антибактериальный иммунный ответ организма-хозяина. Для этого часть патогенной популяции индуцированно самолизируется, высвобождая токсины, что вызывает локальное воспаление. В итоге иммунная система организма уничтожает большу ю часть бактерий-симбионтов, в то время как патогенные бактерии избегают обнаружения и после окончания воспалительной реакции беспрепятственно размножаются в тканях хозяина . Интересно, что в отсутствие симбионтной микрофлоры (например, при экспериментальном заражении специальных линий стерильных мышей) такие патогенные бактерии заселяют кишечник без индукции воспаления. Это говорит о том, что протофагия тут является специфическим механизмом выживания патогенных организмов, который активируется только при неблагоприятных условиях.

Рисунок 2. Аналогичная роль протофагии и аутофагии в активации иммунного ответа.

Что дает нам концепция протофагии

Введенное понятие протофагии интересно не только как голая теория, но может быть полезно и на практике. Например, в биотехнологии сегодня широко используют бактерии, и манипуляция процессами протофагии может подсказать способ поддержания стабильности бактериальной культуры в промышленных масштабах. Так, активаторы протофагии должны повысить качество культур путем активации естественных механизмов устранения ослабленных и поврежденных микроорганизмов.

Другой важной областью применения протофагии может стать медицина. На сегодняшний день резистентность бактерий к антибиотикам является одной из ключевых фармакологических проблем. Вместо того, чтобы убивать отдельные бактериальные клетки (как это делают сегодня с помощью антибиотиков), можно сконцентрироваться на дезорганизации бактериальных сообществ как единого целого. Такие методы уже разрабатываются - это, например, блокаторы бактериального «чувства кворума», которые нацелены именно на нарушение межклеточной сигнализации в бактериальных колониях, чтобы сделать их уязвимыми для иммунной системы человека , . И хотя эта тема только развивается, и вопросов пока больше чем ответов, общий вектор работ показывает, что нарушение коммуникации между отдельными бактериями имеет все шансы стать терапией завтрашнего дня. В этом контексте активаторы протофагии помогут разрушить защитные барьеры бактериальной колонии и сделать ее уязвимой для иммунной системы организма хозяина.

Послесловие

Главный вопрос, который может возникнуть после прочтения этой статьи - а так ли необходимо введение нового термина - протофагия - для описания хорошо известных фактов? На наш взгляд, расширение понятия аутофагии и введение термина «протофагия» необходимо и полезно.

Биосфера в определенном смысле напоминает фрактал, где каждый последующий уровень повторяет предыдущий. Аналогичные процессы похожи между собой не только внешне - все они имеют сходные причины и принципы регуляции. Понятие протофагии, объединяющее разрозненные процессы прокариот вместе, позволяет обобщить и лучше понять глубинные механизмы, регулирующие жизнь прокариотических колоний. Это дает несомненные выгоды для биотехнологии и медицины завтрашнего дня.

Приживется ли термин «протофагия» и найдут ли его полезным другие ученые - покажет время. То, что нам показалось важным, мы изложили в статье, вышедшей в журнале Autophagy . Если микробиологи воспримут эти обобщения и найдут их полезными для себя - нам будет очень приятно. Если же цитируемость нашей статьи не будет бить рекордов - значит, мы ударились в средневековую схоластику и переоценили значимость собственных измышлений. В любом случае, представить данную работу на суд почтенной публике стоило - ведь протофагия является частным случаем аутофагии в бактериальном мире и следует тем же законам, что и остальные ее проявления - будь то аутофагия в эукариотической клетке, трофические цепи в биосфере или голодание по модной методике перед пляжным сезоном, который, кстати, уже на носу.

Написано по материалам оригинального эссе в Autophagy .

Литература

  1. Daniel J. Klionsky, Fabio C. Abdalla, Hagai Abeliovich, Robert T. Abraham, Abraham Acevedo-Arozena, et. al.. (2012). Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy . »;
  2. K. Lewis. (2000). Programmed Death in Bacteria . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 64 , 503-514;
  3. Bärbel Stecher, Riccardo Robbiani, Alan W Walker, Astrid M Westendorf, Manja Barthel, et. al.. (2007). Salmonella enterica Serovar Typhimurium Exploits Inflammation to Compete with the Intestinal Microbiota . PLoS Biol . 5 , e244;
  4. Morten Hentzer, Michael Givskov. (2003). Pharmacological inhibition of quorum sensing for the treatment of chronic bacterial infections . J. Clin. Invest. . 112 , 1300-1307;
  5. Маркина Н. (2010). «Биологи научились командовать бактериями ». INFOX.ru ;
  6. Petro Starokadomskyy, Kostyantyn V. Dmytruk. (2013). A bird’s-eye view of autophagy . Autophagy . 9 , 1121-1126.