Текст уведомления здесь

Летучая мышь и тайное войско

Шестая история о фантастических тварях и о том, чему они нас могут научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Некоторые из них нам всерьез угрожают: их организм, вероятно, содержит сотни неизвестных науке вирусов. При этом сами они от вирусов не страдают и вообще живут дольше, чем мы могли бы предположить. Что сделало летучих мышей неуязвимыми и смертоносными одновременно?
Добавить в закладки
Комментарии

Год назад «Чердак» писал об устрашающих предсказаниях американских ученых: они проанализировали данные о вирусах, пришедших к человеку от разных групп млекопитающих, и предложили свой прогноз на будущее. Согласно ему, каждый вид летучих мышей в среднем носит в себе 17 потенциально опасных для нас вирусов (для сравнения: каждый вид грызунов или приматов — 10). Более того, именно вирусы, которые дарят нам рукокрылые, отличаются особенной «злостью» и вызывают самые жестокие эпидемии, например лихорадки Эбола или атипичной пневмонии SARS. Чем же так особенны летучие мыши?

Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашли шестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0
Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашли шестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0

Вредные, но родные

Для того чтобы жить бок о бок с целой армией вирусов, нужно научиться ими не болеть. И действительно, летучие мыши практически не гибнут от вирусных заболеваний и в большинстве случаев не проявляют никаких симптомов. По крайней мере, если речь идет о РНК-вирусах — ДНК-вирусы иногда все же оказываются смертельны.

Эта удивительная стойкость не распространяется на других патогенов. Так, например, в 2006 году до 75% североамериканских летучих мышей выкосил синдром белого носа — грибковое заболевание, поражающее в первую очередь лицевые органы. То есть дело все-таки в вирусах.

Первый секрет неуязвимости летучих мышей — интерфероны. Это группа белков, которые у всех млекопитающих отвечают за противовирусный ответ. В частности, некоторые интерфероны снижают уровень синтеза белка. Это, конечно, не полезно для клетки в целом, но позволяет остановить размножение вирусных частиц. У человека, как и у других млекопитающих, многие клетки производят интерфероны в ответ на встречу с вирусом. А вот у летучих мышей гены интерферонов «включены» по умолчанию, поэтому заблокировать жизненный цикл вируса удается еще на ранних стадиях.

Однако полностью искоренить вирусы интерфероны неспособны: некоторое их количество все равно выживает внутри клеток. Обычно в таких случаях на помощь приходят клетки врожденного иммунитета и уничтожают тех, кто прячет в себе вражеские частицы. Но представим себе, что в организме летучей мыши скопилось пусть даже не 17, а всего 5 вирусов. Иммунная система пойдет вразнос и, стреляя по полчищам врагов, неизбежно будет попадать и по своим. Поэтому второй секрет неуязвимости — придержать коней иммунитета и не реагировать на вирусы без необходимости. Под гнетом интерферонов они все равно не смогут серьезно навредить организму, а значит, выгоднее обойтись без войны. Для этого летучие мыши «потеряли» молекулы, распознающие чужеродную ДНК и РНК в цитоплазме и активирующие иммунный ответ. Это позволяет клеткам закрывать глаза на присутствие вирусов, а в качестве дополнительного бонуса — снижает риск развития аутоиммунных заболеваний. Поэтому, например, болезни человека, связанные с гипертрофированной реакцией иммунной системы на собственную ДНК, такие как системная красная волчанка или синдром Айкарди-Гутьера, летучим мышам не грозят.

Научившись мирно сосуществовать с полчищами агрессивных соседей, летучие мыши вместе с тем стали во главе всесокрушающего войска. Их необычный организм — суровая школа жизни для вирусов. Иммунитет мышей отбирает самых злых и коварных — тех, что научились блокировать пути синтеза интерферона и хорониться внутри клеток, не вызывая тяжелых симптомов. Свою настоящую силу они показывают, когда попадают в организм человека, не имеющий постоянной интерфероновой защиты. Кстати, для этого необязательно, чтобы пострадавшего непосредственно укусила мышь — заражение может происходить и через посредство других животных.

Остается понять, почему именно в летучих мышах накапливается столько вирусов. И возможно, один из ответов заключается в том, что они удивительно долго живут.

Коллективное бессмертие

Если мы посмотрим на распределение средней продолжительности жизни в зависимости от массы у млекопитающих, то увидим следующую закономерность: чем больше животное весит, тем дольше оно живет. В числе тех, кому не повезло, оказались самые мелкие представители класса — разные землеройки, ежи и мелкие грызуны, а счастливый билет в долгую жизнь попался крупным формам — слонам, китам и приматам. На основании этой закономерности можно предсказать срок жизни млекопитающего, зная его массу. В большинстве случаев эти прогнозы сбываются, однако есть и исключения. Важным исключением является человек, который живет сильно дольше сравнимых с ним по размеру приматов. Нам известны только 19 видов, которые обогнали человека по параметру «реальная:предсказанная продолжительность жизни». Один из них — излюбленный объект геронтологических исследований голый землекоп, остальные 18 — летучие мыши.

Схема сравнительной длительности жизни различных животных. [А] Максимальная длительность жизни, взятая по отношению к массе взрослой особи; [В] примеры видов-долгожителей; [С] сравнительное расположение некоторых видов млекопитающих по отношению к средней длительности их жизни. Иллюстрация из статьи Siming Ma, Vadim N. Gladyshev. Molecular signatures of longevity: insights from cross-species comparative studies / Seminars in Cell & Developmental Biology, использована с разрешения Вадима Гладышева
Схема сравнительной длительности жизни различных животных. [А] Максимальная длительность жизни, взятая по отношению к массе взрослой особи; [В] примеры видов-долгожителей; [С] сравнительное расположение некоторых видов млекопитающих по отношению к средней длительности их жизни. Иллюстрация из статьи Siming Ma, Vadim N. Gladyshev. Molecular signatures of longevity: insights from cross-species comparative studies / Seminars in Cell & Developmental Biology, использована с разрешения Вадима Гладышева

Одна из гипотез, объясняющих долгожительство голого землекопа, заключается в том, что он избегает давления со стороны хищников. Землекопы десятилетиями живут под землей, где им никто не угрожает, обычные же мыши гибнут от лап и зубов хищников в течение первых лет жизни. Поэтому механизмы, способствующие долголетию, не отбираются по причине невостребованности в популяции мышей, но закрепляются в популяции землекопов. Аналогичная история, судя по всему, произошла и с рукокрылыми. Научившись летать, единственные из млекопитающих, они стали практически неуязвимы для хищников. В то же время особенности тела, связанные с полетом, и необходимость тратить на него много энергии не позволяют им приносить много детенышей за раз. А значит, есть смысл жить долго, чтобы вырастить достаточное количество потомства, — стратегия, которой придерживаются и крупные млекопитающие вроде слонов и нас с вами.

Летучие мыши стареют пренебрежимо медленно, уже добившись мечты геронтолога Обри ди Грея. Например, летучая мышь Брандта — рекордсмен в этой области — живет около 40 лет при массе тела 7 г. По всей видимости, у летучих мышей независимо друг от друга появилось несколько полезных механизмов. Один из них — восстановление концов ДНК, теломер. Как правило, при делениях клетки теломеры укорачиваются. Большинство организмов справляются с этой проблемой при помощи фермента теломеразы, достраивающей нити с концов. Но летучие мыши придумали свой собственный способ: они используют участки других хромосом в качестве шаблона, чтобы по нему восстановить концы (этот механизм называют гомологичной рекомбинацией). Поэтому с возрастом клетки летучих мышей не теряют способности делиться и обновлять ткани.

Также летучие мыши обладают мутантным рецептором к гормону роста. Похожие мутации у человека вызывают синдром Ларона — один из видов карликовости. У носителей этой мутации реже, чем в среднем в популяции, возникают рак и диабет. Возможно, это связано с тем, что их клетки менее чувствительны к стимуляции гормоном роста, следовательно, реже делятся и синтезируют белок, а также накапливают меньше поломок. Эта гипотеза косвенно подкрепляется тем, что летучие мыши практически не болеют раком — нам известны только единичные случаи.

Скрытая жизнь жар-птицы

На первый взгляд, у летучих мышей слишком много суперспособностей — и долгая жизнь, и иммунитет к вирусам, и устойчивость к раку. Можно ли найти какую-то связь между всеми этими свойствами? Ученые полагают, что первопричиной всему стала способность рукокрылых к полету.

Полет вызывает повышение температуры тела более чем до 40 градусов из-за активного движения мышц. По этому поводу была высказана гипотеза «полета-как-горячки» (flight-as-fever): полет естественным образом поднимает температуру, создавая ситуацию, аналогичную жару при вирусной инфекции. Поэтому иммунитет такой «жар-птицы» должен работать постоянно в усиленном режиме, не оставляя вирусам шанса. Но, как мы знаем, иммунитет летучих мышей, наоборот, толерантнее, чем у нелетающих млекопитающих.

В то же время полет усиливает еще и обмен веществ в клетках. А это чревато развитием окислительного стресса и повреждением клеточных макромолекул. Поэтому летучие мыши постоянно в больших количествах производят антиоксиданты — вещества, снижающие уровень стресса. А также регулярно запускают аутофагию — процесс переваривания отдельных молекул и органелл. Аутофагия помогает обновить поврежденные части клеток, и она же помогает разрушить вирусные частицы, проникающие в клетки. Устойчивое сосуществование с вирусами и окислительным стрессом, в свою очередь, снижает риск возникновения раковых опухолей. И все это вместе поддерживается естественным отбором, поскольку летучие мыши неуязвимы для хищников, и им выгодно жить долго.

История летучих мышей — это поучительный пример того, как далеко может завести процесс приспособления к необычному образу жизни. Обладание «карманным» войском вирусов не приносит им никакой пользы, они не используют его для охоты на жертв и не предпринимают никаких усилий для его дрессировки. Это сожительство является лишь следствием других физиологических адаптаций. Все как в канонической истории: вместе с суперспособностями герой получает и власть над жизнями других — в комплекте с полетом и долгой жизнью летучие мыши ненароком приобрели смертельное оружие.

***

В одном из прошлых текстов мы советовали: берегите свой огонь, ведите менее активный образ жизни (на клеточном уровне) — и проживете дольше. Летучие мыши с этим не согласны: жгите костры, поднимайте температуру, машите крыльями, дружите с чудовищами. И если вы сможете справиться с последствиями, то титул самого смертоносного на земле долгожителя — за вами.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Воспитание чувств

Голые землекопы подстегивают свои родительские инстинкты, поедая экскременты царицы

Общество голых землекопов устроено сурово и несправедливо: к размножению допущена только одна самка в колонии, зато воспитанием ее потомства занимаются все остальные. Как заставить конкуренток взять на себя чужие родительские обязанности? Оказалось, что для этого царица землекопов действует на окружающих самок своими половыми гормонами. Но делает это не через обоняние, как у большинства животных, а другим, совсем неожиданным способом.
Добавить в закладки
Комментарии

Голые землекопы не перестают радовать любителей увлекательных историй из мира животных. То окажутся устойчивыми к раку, то нечувствительными к боли, то способными жить без кислорода, не говоря уж об их исключительном долгожительстве. И вот только что подоспел новый захватывающий сюжет: в свежей статье журнала PNAS ученые рассказывают о том, как обнаружили у землекопов уникальный способ коммуникации — через копрофагию. Но обо всем по порядку.

Некоторые равнее

Помимо физиологических особенностей голые землекопы привлекают внимание научного сообщества своей социальной структурой. В каждой колонии землекопов существует разделение обязанностей. Главная самка — царица — отвечает за размножение, спариваясь с одним или несколькими самцами. Остальные особи заняты более прозаичными делами: рытьем подземных ходов, добычей еды и защитой от хищников, если таковые возникают на горизонте. Разделение труда — редкость в животном мире и встречается в основном у насекомых. Среди позвоночных животных, кроме голого землекопа, подобная эусоциальность присуща только еще одному грызуну — дамарскому пескорою — и, конечно, человеку.

Чтобы удержать свое исключительное право на размножение, царице приходится ограничивать репродуктивное поведение конкуренток. Для этого она подавляет их половое созревание: у всех остальных самок в популяции яичники остаются незрелыми и овуляция не происходит. Судя по всему, ключевым оказывается доминантное поведение царицы — она регулярно «бодается» с другими самками. Возникающий у них при этом стресс подавляет активность гипоталамо-гипофизарной системы, и она не выделяет гормоны, стимулирующие развитие яичников. Но если царица погибает или если ее искусственно удалить из популяции, то половое созревание остальных самок может восстановиться. [ ... ]

Читать полностью

Гравитационную постоянную то ли уточнили, то ли нет

Для разных методов измерения гравитационная константа по-прежнему разная, и физики не знают почему.

Международная группа ученых, куда входил Вадим Милюков из ГАИШ МГУ, попробовала рассчитать значение гравитационной постоянной — важнейшей физической константы, определяющей, как сильно тела притягиваются друг к другу. Исследователи считают, что смогли заметно повысить точность измерения константы.
Добавить в закладки
Комментарии

Но у тех же исследователей измерения разными методами с «уточненной» константой все равно дали разные результаты — по неизвестным причинам. Это означает, что гравитационная постоянная и дальше будет оставаться самой «скандальной» из известных физических констант. Соответствующая статья опубликована в Nature.

Фундаментальные константы крайне важны для основных физических расчетов, ведь константа входит в огромное количество формул и, таким образом, именно уровень точности ее измерения определяет уровень точности почти любых физических расчетов. За последние сто лет прогресс в этой области был огромным — например, скорость света измерена с ошибкой в районе четырех миллиардных, что позволяет чрезвычайно точно предсказывать и обнаруживать целый ряд релятивистских эффектов (явления, происходящие при скоростях, сравнимых со скоростью света).

Однако гравитационная постоянная — исключение на этом фоне. Как известно, сила тяготения между двумя телами равна произведению квадратов их массы, деленному на квадрат расстояния между ними и умноженному на G, или гравитационную постоянную. Впервые ее измерил Кавендиш еще в XVIII веке при помощи чрезвычайно простого и остроумного устройства — крутильных весов. Они состоят из двух грузов на коромысле, которое, в свою очередь, подвешено за нитку и может свободно вращаться. Когда к одному из грузов подносят внешнее тело заранее известной массы, его гравитация отклоняет к себе подвешенный груз и нитка, на которой вывешено коромысло, начинает слегка закручиваться.

С этой константой есть сразу две проблемы. Во-первых, измерять ее на крутильных весах точно очень тяжело: гравитационное взаимодействие много слабее электромагнитного и иных, поэтому крутильные весы отклоняются совсем слабо, что затрудняет точное измерение. Во-вторых, попытки по-разному измерить гравитационную постоянную стабильно дают разные результаты. Скажем, с помощью крутильных весов это делают двояко — и так, как мы описали выше, и иначе, когда коромысло крутильных весов до измерения не неподвижно, а свободно вращается туда-сюда, а влияние сторонних гравитирующих тел, подносимых к весам, измеряют по изменению периода вращения таких весов. И вот почему-то первый и второй методы всегда дают слегка разные результаты, а почему — никто не знает. [ ... ]

Читать полностью

Двойная спираль ИБХ РАН

Мыши, грибы, растения, белки и пептиды — фоторепортаж из Института биоорганической химии РАН

Ключевые компоненты живой клетки — белки и пептиды (короткие белки) — могут служить маркерами происходящих в клетке изменений. С их помощью можно диагностировать онкологические заболевания на ранних стадиях. А изучение молекулярно-клеточного взаимодействия в движении и рассмотрение пептидного состава сыворотки и плазмы крови помогут в разработке нового поколения противоинфекционных лекарств. Такие исследования проводятся в Институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) при поддержке Российского научного фонда.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники ИБХ РАН уже собрали целую коллекцию образцов эмбриональных, опухолевых и здоровых тканей человека и нашли группу белков, которая отвечает за развитие самого сложного для лечения вида рака — рака поджелудочной железы. Кроме того, ученые создали простой и дешевый способ синтеза нуклеотидов — соединений, которые приводят к гибели опухолевых клеток и останавливают развитие вирусов в организме. Эти и многие другие разработки Института биоорганической химии РАН станут хорошей фундаментальной опорой для дальнейших исследований и выхода на создание социально значимых вещей.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН — крупнейший центр физико-химической биологии и биотехнологии в России. Здесь работает более 1000 сотрудников в более чем 40 лабораториях.

В 1978 году Юрий Овчинников, академик, второй директор ИБХ РАН, пытался установить структуру мембранного белка бактериородопсина — реагирующего на свет белка, применимого во многих областях жизни, особенно в голографии и микроэлектронике. В условиях жесткой конкуренции лаборатория Овчинникова опередила лабораторию лауреата Нобелевской премии Хара Гобинда Корана и первая расшифровала структуру этого белка. Сегодня изучение мембранных белков, начатое Овчинниковым, является одним из наиболее актуальных направлений в постгеномных исследованиях. [ ... ]

Читать полностью