Почему комары могут научить нас жить вечно

Если бы вместо чемпионата мира по футболу у нас проходил чемпионат по выносливости, то – даже не сомневайтесь! – его бы с огромным отрывом выиграл… комар. Да, обыкновенный комар-звонец. Ну а если отбросить шутки в сторону, то этот двукрылый пискун может стать для человека проводником в мир бессмертия. Загадку его феноменальной выживаемости сегодня пытаются разгадать учёные Института фундаментальной медицины и биологии КФУ.
 ПРОСТО ДОБАВЬ ВОДЫ
Как это часто бывает, ключ в руки учёных вкладывает сама природа. Одни изучают голого землеко­па – практически не стареющего долгожителя. Другие – микроско­пических тихоходок, способных десятилетиями существовать в за­мороженном состоянии. Интерна­циональная группа учёных иссле­довательского юнита «Трансляци­онная геномика» (Россия – Япония) сосредоточилась на одном из самых удивительных представителей жи­вотного мира – комаре-звонце.


К слову, это один из флагман­ских проектов российско-японского научного сотрудничества. Нашу сторону в нём представляет иссле­довательская лаборатория «Экстре­мальная биология» (КФУ), которую возглавляет Олег Гусев. На недав­ней международной конференции по активному долголетию, которая собрала в Казани цвет мировой ге­нетики, его выступление вызвало немалое оживление. Ещё бы, ведь он говорил о том, как претворить в реальность… сказку о спящей красавице! Да, речь шла о консер­вации жизни за счёт погружения в очень длительную гипернацию, то есть энергосберегающий сон. Удивительной способностью к нему обладают некоторые живые суще­ства, но, пожалуй, самым высоко­организованным и крупным из них является комар-звонец, или хиро­номида.
Ореол обитания этих насекомых огромен, но интересующий нас вид можно встретить разве что в се­верной части Нигерии – не самом приятном месте, которое восемь месяцев в году похоже на выжжен­ную пустыню. Первую часть жизни комар представляет собой личинку или мотыль. Как он справляется с засухой? Просто… засыхает. Но с приходом дождей начинает уси­ленно поглощать влагу и активно оживать. Он – словно пресловутый напиток из девяностых: «Просто добавь воды!» Но это ещё не всё. Только представьте, более двух лет личинки хирономиды прове­ли в открытом космосе, облучаясь сумасшедшими дозами радиации, – ёмкость с ними прикрепили к на­ружной стороне МКС. В итоге более восьмидесяти процентов из них благополучно вернулись на Землю и продолжили своё существование. Получается, маленькое насекомое обладает недюжинной живучестью и способно противостоять мощ­ным негативным факторам. В чём его секрет?
ЛЮДИ Х? НЕТ, КОМАРЫ!
Комары-звонцы – одна из самых разнообразных групп насекомых. Один только род Polypedilum на­считывает более 150 видов! Но все­го лишь один из них получил в про­цессе эволюции потрясающий ме­ханизм для выживания – нам бы этому качеству у него поучиться!

– Мы долго бились над разгадкой, – рассказывает Олег Гусев. – И нам уда­лось обнаружить компонент, кото­рый отвечает за продление жизни таким своеобраз­ным способом. Благодаря особому генетическому механизму личин­ка хирономиды умеет замещать воду в своём теле на сахара, то есть кристаллизоваться. Это происходит благодаря специальному набору белков, который содержится в её организме. В состоянии «кристал­ла» она может находиться десятки лет! Знаете, на кого она похожа? На героев фильма «Люди Х», кото­рым всего лишь одна генная мута­ция подарила особые способности. Мне нравится эта идея! Из всехкомаров только этот «комар Х» по­лучил способность кристаллизо­ваться и за счёт этого выживать.
…Мы в самом сердце лаборато­рии «Экстремальная биология». Под гул секвенатора (редкого для Казани оборудования) слуша­ем захватывающий рассказ Елены Шагимардановой, соратника Олега Гусева, старшего научного сотрудника Института фундамен­тальной медицины и биологии КФУ.

– Наиболее распро­странённая реакция живого организма на обезвоживание – удержать в своих клетках как можно больше воды, запа­стись ею. А интере­сующий нас вид Polypedilum vanderplanki, наоборот, старается как можно быстрее из­гнать из себя оставшуюся воду. Одновременно он синтезирует сахар, в итоге его тело становится стекловидным, сахар не даёт схлоп­нуться клетке, сохраняя таким об­разом её структуру. В какой‑то момент метаболизм в ней останав­ливается, она замирает в состоянии «ни живая, ни мертвая». Но вот ты помещаешь её в воду, и она на­чинает оживать, постепенно вби­рая в себя эту влагу. Начинает ше­велиться, искать еду… Как это происходит?! Только что в этой клетке было полно сахара, ДНК ча­стично разрушена, и – бах! – запу­скается необходимый каскад ре­акций, который восстанавливает нормальную жизнедеятельность. Часа достаточно! И это учитывая, что насекомое – высший организм, у которого даже своя довольно раз­витая нервная система имеется. Она считается очень нежной, а у этого комара даже «мозги» не от­сыхают! Получается, его нервная клетка стоит на вершине органи­зованности.
Учёные предполагают, что этот загадочный механизм запускает один из ряда генов хирономи­ды, которые представлены мно­жественными копиями в особых участках генома. Это стало воз­можным в результате приобре­тения инородных генов от других организмов. Группа Гусева даже нашла потенциального донора – бактерию! Но напрямую доказать это – задача нетривиальная. Дру­гая, ещё более амбициозная зада­ча – научиться делать так же.

ДАВАЙТЕ ПОМЕЧТАЕМ
Изучением феномена кома­ра-звонца занимаются всего две лаборатории в мире: одна из них на базе КФУ, другая ба­зируется в японском институте NARO. При этом в данном вопро­се они не конкуренты, а коллеги, дополняющие друг друга. Работа эта настолько перспективна, что её в совместной программе поддер­жали и Российский научный фонд, и Японский фонд поддержки фун­даментальных наук. Часть, которую развивают казанцы, пожалуй, са­мая интересная – это геном. Сей­час учёные занимаются изучением его пространственной структуры, пытаясь понять, как она меняется во время сильного стресса под воз­действием факторов окружающей среды, будь то высокие температу­ры, обезвоживание или радиация.
Также ими уже проведён предва­рительный эксперимент по «обуче­нию» других видов живых существ переживать стресс обезвоживания. Пока ещё только на уровне клеток. Сотрудники лаборатории выдели­ли культуру клеток хирономиды, а из неё – часть интересных генов, ни для кого более не характерных. С помощью генно-инженерных спо­собов попробуют внедрить свою на­ходку в клетки других организмов.
У этого, на первый взгляд, фан­тастического открытия есть вполне реальное применение: учёные пы­таются разработать новый метод хранения клеток, делая их устой­чивыми к обезвоживанию и «ожив­ляя» посредством воды. Глобальная идея – научить высыхать «без ущер­ба для здоровья» то, что высыхать не умеет.
– Может быть, нам не удастся реализовать задуманное на все сто процентов, но даже если мы до­бьёмся определённого уровня вы­живаемости по сравнению с кон­трольными клетками – это уже будет прорыв! – говорит Елена Шагимарданова.
Если у казанцев это получится, наше здравоохранение (а также экономику и экологию) ждёт на­стоящая революция. Например, технологию можно будет исполь­зовать для создания экологич­ного сухого биобанка. Это будет дёшево, эффективно и поможет решить сразу массу проблем. Так, для хранения биоматериала боль­ше не понадобятся холодильные установки, что сократит затраты электроэнергии и выброс углекис­лого газа. Кроме того, новый метод сделает забор биоматериала – да ту же процедуру секвенирования генома! – более доступной, ведь это уже не потребует особых сроков и условий хранения, а следователь­но, сделать это можно будет даже в отдалённой деревне. Это станет большим подспорьем для развития персонифицированной медици­ны, в которой многие учёные ви­дят ключ к оздоровлению нации. Вот вам и первый шаг к продлению жизни человечества.
А только представьте, как легко можно будет направлять сухую до­норскую кровь в самые отдалён­ные уголки нашей страны или туда, куда сегодня её особенно сложно доставить: в развивающиеся госу­дарства, зоны военных действий. То же можно сказать и о медика­ментах, разгадка тайны хироно­миды поможет значительно упро­стить условия и увеличить срок их хранения.
– Конечно, мы не научимся су­шить коров на следующий год! – предостерегает меня от излишних восторженных надежд Елена. Раз­витие технологий для безводного хранения живых тканей – процесс очень длительный. Мы постепенно к этому движемся.
Но уже сегодня удивительные гены хирономиды делают вклад в биотехнологию. Возможность активировать гены сахаром тре­галозой, как это делает в природе само насекомое, – очень перспек­тивный подход для получения рекомбинантных белков, то есть тех, ДНК которых создаётся искус­ственно. По сути дела, такой подход является самым «дружелюбным» по отношению к клеткам. Запа­тентованная российско-японской группой технология уже вызыва­ет интерес у биотехнологических компаний, занимающихся произ­водством ферментов в медицин­ских целях.