CC BY
384
но не только выделение чистой культуры Helicobacter pylori и ее идентификация, но и изучение морфологических, биохимических и биологических свойств возбудителя.
Бактериологический метод исследования дает возможность определять антибиотикорезистентность у Helicobacter pylori и проводить за ней динамические наблюдения. Без бактериологического метода планировать клиническое испытание лекарственных препаратов, учитывая причины неудачи эрадикации, нельзя, так как основная причина, снижающая процент эрадикации -антибиотикорезистентность Helicobacter pylori.
Также при диагностированиии хеликобактериоза используются такие методы, как полимеразная цепная реакция, серологический метод, фазово-контрастная эндоскопия, аэротесты. Однако тестсистемы, существующие на настоящий момент, позволяют выявлять ограниченный спектр мутаций микроорганизмов, для проведения исследований требуется специальное дорогостоящее оборудование, при проведении реакции должны быть соблюдены санитарногигиенические условия, позволяющие избежать контаминации реактивов и материала, получения ложноотрицательных и ложноположительных результатов. Характеристика общего мутационного профиля микроорганизмов с технической точки зрения - трудозатратная процедура. Такие же требования предъявляются и для характеристики генетического профиля пациента, который необходимо учесть для назначения адекватной и радикационной терапии. Комплексные тест-системы по подбору препаратов для лечения хеликобактериоза, учитывающие чувствительность как пациента так и микроорганизма к лекарственным препаратам, на современном рынке отсутствуют.
Ю. И. Хлюпина
Теломерная теория старения
Старение - одно из основных свойств живых организмов. При всей спорности вопроса о сущности этого феномена в конечном итоге оно проявляется определенными изменениями функциональных способностей как отдельных клеток, так и организма в целом. При этом остаётся неясным, обусловлены ли возникающие в отдельных клетках и органах изменения старением самих клеток и органов, или же они являются следствием общего процесса старения.
Изучение процесса старения на тканевом, клеточном и субклеточном уровне технически сложно, и полученные данные трудно интерпретировать, тем не менее эти исследования имеют большое значение, так как старение целого организма, по-видимому, обу-
239
словлено изменениями, происходящими на низких уровнях организации. Поэтому изучение процесса старения клеток и возможного значения этого факта для старения целостного организма является актуальной проблемой современной генетики.
Первым ученым, изложившим свое, правда чисто теоретическое, представление о старении и «бессмертии» клеток, был известный зоолог и теоретик эволюционного учения Август Вейсман, который еще в 1881 г. предположил, что старение организма определяется тем обстоятельством, что у соматических клеток «...способность к росту путем деления не вечна, а ограничена». По его же мнению, могут бесконечно входить в процесс деления только половые клетки, которые, с этой точки зрения, являются «бессмертными», т. е. иммортальными. Следует заметить, что этот постулат А. Вейсмана не был подтвержден какими-либо экспериментальными данными, что немудрено, так как в его время ученые просто не имели необходимого экспериментального инструментария для выделения из организма соматических клеток и длительного наблюдения за ними. Однако первые же опыты по выращиванию изолированных из организма клеток в культуре ткани, произведенные французским хирургом и патофизиологом Алексисом Каррелем, казалось бы, полностью опровергли предположение А. Вейсмана о «смертности» соматических клеток. А. Каррель впервые в цитологической практике разработал технику выращивания культуры тканей с использованием плазмы крови и эмбриональной жидкости, позволившую длительное время поддерживать рост клеток, в том числе и соматических, выделенных из организма. За эти исследования, а также за разработку методик по сшиванию кровеносных сосудов А. Каррель в 1912 г. был удостоен Нобелевской премии.
Вплоть до 1961 г. считалось, что постулат А. Вейсмана опровергнут, но американские цитологи Л. Хейфлик и П. Мурхед провели эксперименты по культивации фибробластов человеческих эмбрионов. Эти исследователи помещали в питательную среду отдельные клетки, а не цельный кусочек ткани, как это делал А. Каррель. Леонард Хейфлик обнаружил, что легочная ткань, по-видимому, отмирает после того, как ее клетки поделились определенное количество раз, обычно 50. Это число называли «пределом Хейфлика». Более того, когда клетки приближались к своему пределу деления, они начинали напоминать старую ткань с возрастными пигментами, которые обнаруживаются в постаревших клетках сердца и головного мозга. Дальнейшие исследования в этой области привели к гипотезе о «клеточных часах», которые отмеряют время жизни клетки. Пойдя еще дальше, Л. Хейфлик взял клеточные культуры, которые были заморожены после того, как клетки разделились 25 раз. Отта-
240
яв, эти клетки продолжили делиться, пока не достигли предела в 50 делений, а затем все же погибли
В 1971 г. российский ученый Алексей Оловников предположил, что ограниченное количество делений клетки связано с механизмом удвоения ДНК. Он устроен так, что концы линейных хромосом - теломеры - с каждым делением укорачиваются. Поэтому после некоторого количества делений клетка больше делиться не может. А. Оловников сформулировал проблему концевой недорепликации линейных молекул ДНК, поскольку ДНК-полимераза не может реплицировать несколько нуклеотидов на З'-конце матрицы ДНК. Он же высказал мысль о том, что должен существовать особый биологический механизм, предотвращающий этот эффект. Предполагалось также, что названный механизм действует в половых, а также раковых клетках и в клетках организмов, размножающихся вегетативным путем, и не действует в большинстве других случаев, в частности, во многих наших соматических клетках. Впоследствии предсказанный Оловниковым фермент, компенсирующий укорочение ДНК, был действительно обнаружен во всех типах клеток, перечисленных выше, и назван теломеразой. Фермент теломераза занимается тем, что наращивает на концах ядерной ДНК многократно повторяемый гексануклеотид (TTAGGG у человека), образующий теломеру. В итоге укорочение линейной ДНК затрагивает лишь этот нетранскрибируемый текст теломерного участка хромосомы, но не приводит к утрате наследственной информации и не нарушает механизм ее считывания. На определенной стадии развития, приходящейся на ранний эмбриогенез, в подавляющем большинстве соматических клеток человека происходит выключение гена, кодирующего тело-меразу. Тем самым геном оказывается беззащитным перед опасностью укорочения. Медленно, но верно теломера укорачивается, что приводит к ухудшению функционирования хромосом. Это ухудшение наступает задолго до того, как исчезнет вся теломера и начнется деградация смысловых участков ДНК. Дело в том, что теломера, помимо защиты от потери генетического материала при репликации, играет также какую-то неясную еще структурную роль в расположении хромосом внутри ядра и в правильном их функционировании.
Сама же теломера была открыта в 1932 г. американским учёным Германом Джозефом Меллером. Теломера - это концевая часть плеча хромосомы, представляющая собой повторяющиеся последовательности ДНК. Длина теломер у разных видов различна и меняется от приблизительно 300-600 п. о. у дрожжей до многих тысяч пар оснований у человека. Состоят теломерные повторы из TG-богатых единиц длиной 6-8 п. о. Эти последовательности играют важную роль в защите концов хромосом от деградации. Хромосома имеет две теломеры. Теломера содержит специальные
241
последовательности ДНК, обеспечивающие точную репликацию хромосом. Считается, что функциями теломерного повтора также является защита хромосом от деградации и предотвращение их слияния друг с другом. Анализ длины теломерных повторов выявил, что соматические клетки теряют от 50 до 200 нуклеотидов при каждом клеточном делении. Причина этого - неполная репликация концов хромосом из-за особенностей молекулярного механизма репликативного синтеза ДНК. Отстающая цепь репликативной вилки в синтезе ДНК не может синтезироваться до 5'-конца в отсутствие рибопраймера, который, в свою очередь, не образуется непосредственно на концевом фрагменте. Потери концевой ДНК делают невозможной бесконечную пролиферацию. Предполагают, что укорачивание хромосом до определенного размера индуцирует процессы клеточного старения, а длина теломер, по этим представлениям, может служить мерой пролиферативного потенциала клеток.
Предложено несколько гипотетических моделей, объясняющих, каким образом клетка «определяет» длину своих теломер и в определенный момент запускает механизм блока пролиферации. Возможно, определяется общее количество TTAGGg повторов благодаря учету специфически связывающегося с ними белка.
Другая модель исходит из того, что длинные теломеры молодых клеток представляют собой гетерохроматиновые блоки. Предполагается, что ген, супрессирующий программу клеточного старения, локализован в субтеломерном районе. По мере укорачивания теломер всё больше субтеломерной ДНК подвергается гетерохромати-низации. Гетерохроматинизация гена-супрессора приводит к его инактивации и запуску механизма клеточного старения.
Обнаружено, что в соматических клетках, делящихся в организме, длина теломер со временем уменьшается. Укорочение теломер наблюдается также по мере старения фибробластов в культуре. Более того, оказалось, что длина теломер лучше предсказывает способность клетки к делению, чем возраст донора клеток. Предположительно, теломеры укорачиваются в результате того, что механизм, ответственный за удвоение ДНК в процессе клеточного деления, делает характерную ошибку: в каждой новой копии ДНК элиминируется маленький участок каждой теломеры. Из этого следует, что теломеры могут быть теми часами, которые определяют в клетках потерю способности к пролиферации. Интересно, что длина теломер сохраняется или даже немного увеличивается в сперматозоидах и в трансформированных («бессмертных») клетках. Такое постоянство помогает объяснить, каким образом половые и злокачественные клетки не утрачивают способности к делению.
После обнаружения теломер возник вопрос об их природе. Необходимо было установить механизм их образования на концах
242
хромосомы. Американские учёные К. Грейдер и Э. Блэкберн проводили исследование с целью выяснить, не участвует ли в формировании ДНК теломер какой-то неизвестный до этого времени фермент. В Рождественский день 1984 г. К. Грейдер обнаружила признаки ферментативной активности в клеточном экстракте. Обнаруженный энзим Э. Блэкберн и К. Грейдер назвали теломера-зой. После его выделения и очистки ученые установили, что он состоит не только из протеина, но и РНК, которая содержит ту же последовательность, что и теломера. Таким образом, РНК служит шаблоном для построения теломеры, в то время как белковый компонент фермента необходим непосредственно для ферментативной деятельности. Теломераза удлиняет ДНК теломеры, обеспечивая платформу, которая в свою очередь позволяет ДНК-полимеразам скопировать хромосому по всей длине без потери генетической информации. Таким образом, хромосома при копировании не укорачивается.
Е. А. Чистякова
Наследственные аномалии зрения и слуха -генетические основы, лечение и профилактика
Проблема здоровья людей и генетика тесно взаимосвязаны. Ученые-генетики пытаются ответить на вопрос, почему одни люди подвержены различным заболеваниям, в то время как другие в тех же условиях остаются здоровы. В основном это связано с наследственностью каждого человека, т. е. свойствами его генов, которые находятся в хромосомах.
Наследственность всегда представляла собой одно из наиболее труднообъяснимых явлений в истории человечества. Ёще в древности люди бессознательно пользовались генетическими методами в разведении растений и животных, а в отношении человека имелись жизненные наблюдения, относящиеся к наследованию разнообразных признаков: цвета волос, глаз, формы уха, носа, губ, роста, телосложения, наследование уродств, наблюдаемых у представителей одной семьи.
Многие ученые выдвигали свои гипотезы о возникновении наследственных патологий. Однако их предположения не были основаны на научных наблюдениях. В XX в. с развитием науки «генетика» было выяснено и научно подтверждено, что такие патологии имеют наследственную природу. Изучением наследственных болезней занимается наука, получившая название «медицинская генетика».
243
