БИОФИЗИКА, 2014, том 59, вып. 4, с. 796-798
БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
УДК 577.3
«МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ СТАРЕНИЕ» ПО МЕЧНИКОВУ. КАК ТРАКТОВАТЬ ЭТИ ИДЕИ СЕГОДНЯ?
© 2014 г. С.В. Стовбун, М.А. Гомберг*, В.И. Сергиенко**, Е.Е. Брагина***, В.А. Твердислов****
Институт xимической физики им. Н.Н. Семёнова РАН, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4;
*Московский государственный медицинский стоматологический университет Минздрава Р Ф,
127473, Москва, ул. Делегатская, 20/1;
**Научно-исследовательский институт физико-xимической медицины ФМБА, 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, 1а;
***Научно-исследовательский институт физико-x имической биологии им. А .Н. Белозерского Московского государтсвенногоуниверситета им. М.В. Ломоносова, 119992, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 40;
****Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова,
119991, Ленинские горы, 1, стр. 2
E-mail: $.$1оуЪип@сНрЬ.га$.ги Поступила в p едакцию 11.07.12 г. После доpаботки 28.01.14 г.
Гипотеза И .И. Мечникова о том, что ключ к пpодлению жизни лежит в заcелении кишечника полезной микpофлоpой, подтвеpждения не нашла. Любая микpофлоpа нуждается в питании и cпоcобна воcпpинимать оpганизм человека иcключительно как питательный cубcтpат. Деструкция базальных мембpан, от^аничивающих контактиpующий c агре^^ной микpобио-логиче^ой cpедой эпителий от более глубокиx отделов оpганизма, может ^иводить к pазвитию xpоничеcкиx воcпалительныx заболеваний и от^ению кожи как аледствию инвазии микpооpганизмов. На ультpаcтpуктуpном уpовне это было показано на пpимеpе пpоcтатита и возpаcтныx изменений кожи. ¿о^яженный c пpоникновением микpобов поток иммуноком-петентных клеток может вызывать аутоиммунные pеакции за cчет pезкой cмены молекуляpного дизайна пpи межмембpанном тpанcпоpте. Таким обpазом, физиологичеcкий пpоцеcc cтаpения макpооpганизма может pаccматpиватьcя как cледcтвие его микpобиологичеcкой деофукции.
Ключевые слова: микробиологическое старение, электронно-микроскопическое исследование, простатит, возрастные изменения кожи.
В свое время один из величайших умов XX столетия И .И. Мечников много внимания уделял величайшей проблеме биомедицины - про -блеме старения человеческого организма. Его исследования и выводы достаточно убедительно свидетельствовали в пользу отрицательного влияния микробиологической нагрузки на про -должительность жизни живых существ. В «Этюдах оптимизма» Мечников на основании данных об особенностях физиологии птиц, мелких наземных животных, кр упных млекопитающих и человека показывал, что во всех случаях микробиологическая нагрузка кишечной флоры на организм имеет обратную зависимость по отношению к продолжительности их жизни. При этом фактор обсемененности микроорганизмами каловых масс оказывается наиболее существенным геронтологическим параметром [1]. Выводы, к которым Мечников пришел на
основании всех этих наблюдений, заключались в том, что ключ к продлению жизни лежит в заселении кишечника микрофлорой, благоприятно воздействующей на организм. Однако в дальнейшем не было получено убедительных доказательств в пользу этой гипотезы.
Естественно, что со времен И.И. Мечникова было выдвинуто много р азных теорий, объясняющих пр оцессы стар ения. Развиваемые в настоящее время теории старения можно разделить на несколько основных направлений. Прежде всего, это теории стохастического старения. Среди них доминирует теория соматических мутаций, согласно которой старение является результатом взаимодействия различных эндогенных и экзогенных повреждающих агентов с генетическим материалом клетки и постепенного накопления случайных мутаций в геноме соматических клеток [2,3]. Одной из причин
«МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ C ТАРЕНИЕ» ПО МЕЧНИКОВУ
797
накопления повр еждений ДНК может быть снижение скорости ее репарации [4].
Одной из наиболее плодотворно развивающихся в настоящее вр емя фундаментальных теорий старения является свободнорадикальная теория, практически одновременно выдвинутая в середине XX века Д. Ха рманом и Н .М. Эмануэлем [5,6]. Теория эпигенетического старения предполагает, что возрастное деметилирование ДНК (снижение содержания 5-метилцитозина в ДНК), впер вые описанное Б .Ф. Ванюшиным в 1973 г., может иметь определенное значение в возрастных изменениях активности генов [7]. C другой стороны, гиперметилирование аберрантных участков ДНК увеличивается с возрастом и может также приводить к накоплению мутаций [8].
Еще одна теория, привязанная к изменению хромосом, - это теория укорочения теломер. Известно, что соматические клетки in vitro имеют ограниченное число делений, так называемый лимит X ейфлига, что может быть одним из механизмов старения [9].
A.М. Оловников предположил, что с каждым делением клетки происходит укорочение теломер и что это укорочение является «счетчиком» клеточных делений. В половых и раковых клетках укорочение теломер предотвращается теломеразой [10].
B.П. Скулачевым выдвинуто предположение о существовании некой генетической программы самоуничтожения, которая постепенно и разрушает организм. Согласно теории Скула-чева, клетка, совер шив свой жизненный цикл, подвергшись действию неблагоприятных факторов, должна вступить на путь апоптоза (запрограммированной клеточной смерти). В.П. С кулачев предложил концепцию феноптоза. За-прогр аммированная смерть организма, или фе-ноптоз, - это самоликвидация индивидуума в интересах популяции, а также ее последний рубеж защиты от эпидемий и монстров с нарушенной генетической пр ограммой. Смерть от стар ости, в свете этих идей, рассматр ивается как одно из многих проявлений феноптоза, вызываемое включением программы самоликвидации у особей, оказавшихся бесполезными или вредными для популяции [11].
При всем разнообразии современных теорий старения идеи Мечникова относительно влияния микроорганизмов на организм человека по-прежнему актуальны, даже если речь идет о непатогенной или условно-патогенной флоре. Действительно, согласно представлениям современной биофизической экологии любая микрофлора, в том числе обитающая в симбиозе с макроорганизмом, нуждается в питании и спо-
собна воспринимать о рганизм человека исключительно как питательный субстрат [12].
При изучении патогенеза простатита с помощью электронной микроскопии нами были получены доказательства наличия при простатите дестр укции базальных мембран, отграничивающих простату от расположенного рядом кишечника [13].
Таким образом, создаются возможности для инвазии микроорганизмов из кишечника в предстательную железу. Именно этим может объясняться тот факт, что при хроническом про -статите более чем в 70% случаев обнар уживают обычную кишечную микрофлору, в частности E. coli.
Базальная мембрана, отделяющая постоянно обновляющийся эпителий на коже или слизистых от более глубоких отделов, представляет собой очень тонкую пластину внеклеточного квазиполимерного матрикса. Компоненты ба-зальной мембраны являются регулято рами клеточного роста и дифференцировки и влияют на развитие ткани и на репарацию [14,15].
При электронно-микроскопическом исследовании зоны дермо-эпидермального контакта у лиц различных возрастных категорий (от детского возраста до пожилых людей) были выявлены выраженные возрастные различия в ультраструктуре этой зоны, включая наличие участков разрушения базальной мембраны, часто обнаруживаемое в материале от лиц старшей возрастной группы.
Поскольку кожа человека подвержена чрезвычайно высоким микробиологическим нагрузкам, обнаружение возрастных разрушительных изменений базальной мембраны эпидермиса наряду с утолщением отдельных участков этой мембраны также может быть результатом деятельности микроорганизмов, постоянно воздействующих на эпидер мис. Защитная функция базальной мембр аны в этом случае проявляется в формир овании квазиполимерной решетки. Утолщение и множественность базальных мембран можно рассматривать как компенсаторную реакцию организма на внешний фактор (принцип Ле-Шателье) [16]. Локальные нарушения базальной мембраны могут быть причиной таких заболеваний, как простатит, панкреатит, пневмонии и других, когда микробиологическая нагрузка чрезвычайно высока, а вероятность повреждения базальной мембраны и последующей миграции микр оорганизмов весьма вероятна. При этом сопряженный поток иммунокомпетентных клеток вполне может вызывать реакции аутоиммунного типа за счет резкой смены молекулярного дизайна при межмембранном транспорте.
798
СТОВБУН и Ap.
Такой биофизичежий подход к физиологии микpобиологичеcкой деcтpукции макpооp га-низма и пpиpоде cтаpения pанее в явном виде не фоpмулиpовалcя. В cвязи c колоccальной значимоcтью пpоблемы мы хотели бы пpедло -жить этот подход к обcуждению.
СПИС ОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. И. И. Мечников, Этюды оптимизма (Наука, М., 1988).
2. J. Vijg, Mech. Ageing Dev. 114 (2), 1 (2000).
3. С. В. Розенфельд, Утехи геpонтологии 8, 44 (2001).
4. А. Burkle, Mech. Ageing Dev. 123 (8), 899 (2002).
5. D. Harman, Biogerontology 10 (6), 773 (2009).
6. Н. М. Эмануэль и Л. П. Липчина, Докл. АН СССР 121, 141 (1958).
7. B. F. Vanyushin, L. E. Nemirovsky, V. V. Klimenko, et al., Gerontologia 19 (3), 138 (1973).
8. Y. Yuasa, Mech. Ageing Dev. 123 (12), 1649 (2002).
9. L. Hayflick, J. Invest Dermatol. 73 (1), 8 (1979).
10. А. М. Оловников, Изв. РАН. Cеp. биол., № 4, 504 (1995).
11. В. П. Скулачев, Биохимия 64 (12), 1418 (1999).
12. В. А. Твеpдиcлов, А. Э. Cидоpова и Л. В. Яковенко, Биофизическая экология (Кpаcанд, М., 2012).
13. С. В. Стовбун, М. А. Гомбеpг, Е. Е. Б pагина и В. И. Cеpгиенко, Бюл. экcпеpим. биологии и медицины 152 (10), 478 (2011).
14. M. Aumailley and T. Krieg, J. Invest Dermatol. 106 (2), 209 (1996).
15. M. Aumailley and B. Gayraud, J. Mol. Med. Berl. 76
(3-4), 253 (1998).
16. М. А. Гомбеpг, Е. Е. Бpагина, З. М. Гетлинг и С. В. Стовбун, Клин. деpматология и венеpология 10 (2), 18 (2012).
«Microbiological Aging» by Mechnikov. How to Interpret These Ideas Today?
S.V. Stovbun*, M.A. Gomberg**, V.I. Sergienko***, J.J. Bragina****, and V.A. Tverdislov*****
*Semenov Institute of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, ul. Ko
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.