Поле возможностей на калиновом мосту Вечности

Классик отечественной науки Владимир Энгельгардт считал, что структурная организация жизни не исчерпывает ее специфики, поэтому к фактору трехмерности нашего пространства нужно добавить четвертое измерение — время, и тогда многое станет понятно.

Поставив перед собой такую задачу, основатели Научно-исследовательского института информационно-волновых технологий, академики УАН Наталья Околитенко и Николай Колбун в фундаментальной монографии «Рак — ошибка формообразования» дали свое объяснение двенадцати тайнам канцерогенеза. Публикуем отрывки из этой работы в популярном, рассчитанном на широкого читателя варианте.

Парадокс больших чисел

Основной вопрос: где рак возникает, из каких клеток образовывается? Из универсальных стволовых? Но здесь сама природа позаботилась о технике безопасности: «представители Вечности» находятся в специальных углублениях — криптах, изолиро­ванные от «смертных собратьев». Если бы рак зарождался на этом «царственном троне», то опухоль заполнила бы прежде всего крипты, из крипт пошла бы в наступление на организм, а таких данных нет.

Укороченность теломер — участ­ков на концах хромосом, отсчитывающих количество клеточных делений, — приводит к мысли о том, что причиной рака является обычная соматическая клетка, которая, «взбесившись» из-за генетических видоизменений — мутаций, утратила способность вписываться в общий ансамбль.

Однако в фундаментальном труде «Молекулярная биология», среди авторов которой — и легенда биологии ХХ века Дж. Уотсон, вопрос поставлен так: «...Проблема рака заключается не в том, почему он возникает, а в том, почему он возникает не так уж и часто. Почему наш организм не переполнен мутантными клонами, которые непрерывно образовываются, имея селективное преимущество перед нормальными клетками?»

Обратимся к закону больших чисел, который вытекает из теоремы П.Чебышева.

Человек состоит из 10¹³—10¹⁴ клеток, и мутации даже одного из 10⁹ нуклеотидов — объединения букв, с помощью которых записана генетическая информация, — достаточно, чтобы еще до рождения превратиться в сплошную опухоль.

То, что, паразитируя, потребляет энергию, имеет преимущества перед тем, что ее производит. Однако естественный отбор таким, казалось бы, выгодным для особи путем не пошел, поскольку этот путь завел бы жизнь в тупик.

Рак — очень древняя болезнь: следы онкоперерождений находят на скелетах ящеров кайнозойской эпохи, на древнеегипетских мумиях. Эволюционный процесс справился со значительно более «молодыми» бедами — такими, как проказа или чума, — почему же смертность от опухолей растет?

Это явление совпало с двумя тенденциями, присущими нашему времени: увеличением средней продолжительности жизни и снижением рождаемости. Развитие цивилизации повысило ценность личности: женщины очень редко умирают при родах, созданы высокопроизводительные сорта растений и выведены новые породы животных, что позволило преодолеть извечную угрозу массового голода, а населению, страдающему вследст­вие войн и стихийных бедствий, человечество предоставляет гуманитарную помощь.

«Все течет, все изменяется»

Рак, бесспорно, клон: одной-единственной клеткой его можно перепрививать от животного к животному. По логике вещей, тогда и опухоль должна была бы представлять собой смесь одинаковых клеток. Тем не менее нет! Это очень сложное образование, в котором много того, что нужно, и еще больше того, что не нужно. Например, в опухоли есть белки, присущие эмбриональным клеткам, по ним часто диагностируют эту болезнь. При канцерогенезе — развитии процесса — «взбесившиеся» клетки в некоторой степени специализируются: так, опухоль поджелудочной железы способна продуцировать гормон инсулин, печени — билирубин, желудка — что-то наподобие слизи.

«Каким образом с раковой клетки снимаются генетические ограничения?» — такой вопрос ставят онкологи, объясняя химеры канцерогенеза совпадением нескольких мутаций (не менее семи).

А действительно ли снимаются? Возможно, мы имеем дело с чем-то другим? Предлагаем свою версию развития событий в раковой клетке.

Прежде всего, следует уяснить, что любой многоклеточный организм на всех уровнях его организации — это биоценоз, где равновесие (гомеостаз) поддерживается за счет четкого взаимодействия составляющих. Клетки, несущие функциональную нагрузку, нуждаются в опоре; поступление питательных веществ и освобождение от шлаков осуществляется через кровеносные сосуды, устланные эндотелиальными клетками; в тканях часто содержатся микрофаги и макрофаги, иногда — меланоциты: от них зависит пигментация. Даже без окружения клетки своих функций не меняют, поскольку наделены свойством, без которого нет жизни, — информационной памятью.

В биоценозе происходит эволюционный процесс, связанный с развитием и созреванием организма, а следовательно, его контролируют одни и те же законы, контролировавшие процесс развития жизни на нашей планете. Сто раз был прав философ, сказавший: «Все течет, все изменяется», более или менее неизменными остаются только алгоритмы — информационные образы отобранных эволюцией обменных процессов, благодаря которым достигается баланс с окружающей средой.

Клетки смертны. Но продолжительность жизни системы, к которой они принадлежат, обеспечивает беспрерывное их обновление, смену поколений. Параметры этого обновления отшлифованы эволюцией и от оптимума далеко не отклоняются.

Обновление — разными способами — осуществляется за счет стволовых клеток, так или иначе сопровождающих соматические, чтобы подпитывать их из источника Вечности. Пока человек живет, линия стволовых клеток не обрывается, а то, как они выполняют свою миссию, видно на примере замены клеток кожного покрова, которые, активно взаимодействуя с окружающей средой, постоянно отшелушиваются. Чтобы на место утраченной стала, как говорят ученые, новая пролиферативная единица, стволовая клетка делится. Одной половине суждено остаться практически бессмертной, а второй (базальной) — специализироваться, то есть стать смертной. Чем определена такая асимметрия? Наверняка его величеством временем, вектор которого (может, из-за того, что Вселенная расширяется?) направлен из прошлого в будущее.

Уже при первом делении при­рода делает огромный шаг от веч­ности к скоротечности нашей жиз­ни. Это означает, что в базальной клетке подавляющее большинство генов, несущих память о прошлом всего рода от его истоков на уровне самой первой живой системы, блокируется. Что дальше? Стволовая клетка возвращается в бессмертие (точнее — она его и не покидала), отдав надлежащее времени в виде определенных изменений в конфигура­ции своих молекул, а базальная делится — два или более раз.

На этом этапе клетка еще не дифференцирована, но уже детерминирована, то есть избрана для выполнения определенных функций. Это чрезвычайно интересный этап, поскольку на нем все процессы обмена веществ еще обратимы, она (то есть клетка) еще способна без особых проблем найти бессмертие стволовой. Это и есть тот «калиновый мост», на котором, как поется в песне, можно встретиться с молодыми годами.

Почему так происходит?

Размножаясь, любая клетка проходит несколько фаз, причем переход от одной к другой фазе строго контролируется. В природе существуют «пункты проверки», где специальные белки определяют, все ли хорошо в генетическом аппарате. Если ДНК повреждена, то переход в следующую фазу блокируется или же синтезируются несвойственные этой фазе белки, делающие клетку нежизнеспособной. Процесс этот достаточно сложный и не для популярного изложения, для нас важно то, что механизм контроля ошибок, опять-таки, обратимый. Даже в «штатной ситуации» клетка задерживается на фазе, предшествующей синтезу и удвоению ДНК, после чего наступает следующая.

Это рискованный момент! Ситуация подобна классическому «казнить нельзя помиловать», еще неизвестно, где будет поставлена окончательная точка.

Почему природа идет на эту, образно говоря, двузначность? Почему сразу не «рубит стропила», пуская «кораблик» смертной клетки в океан жизни?

Поле возможностей

Бытует мнение, что природа приносит особь в жертву рода. Если бы это было так, то наш мир не был бы таким многообразным. Между тем в нем нет двух одинаковых роз на одном кусте, двух одинаковых мотыльков в одной кладке, а так называемых белков самости, определяющих нашу неповторимость, столько, сколько звезд на небе. Потому что особь вносит в сокровищницу бессмертия, олицетворенное в веществе наследственности ДНК, свой неповторимый опыт борьбы за жизнь. Вместе с отшелушивающейся кожей, выпадающими волосами, слизистыми оболочками мы отдаем в окружающую среду массу большую, чем весим сами. Поступая в пищевой ряд — иерархию, начиная с бактерий до растений и тех, кто ими питается, эти отходы вносят информацию о том, как мы преодолели перепады атмосферного давления и температуры, атаки микроорганизмов или вирусов и другие невзгоды.

Все это — материал, с которым работает природа, чтобы лучше приспособить живой организм к испытаниям завтрашнего дня. Закон опережающего отражения — так называется это явление, которое сформулировал один из классиков биологии Петр Анохин. Однако существование любого организма не бывает благополучным: рано или поздно ткань попадает под влияние травмирующего фактора и возникает потребность восстановления необходимого для нормального функционирования количества клеток — регенерации. Это — воспроизведение биоценоза, но на таком этапе, когда неповрежденные части ткани находятся в состоянии зрелости и необходима не только пространственная подгонка молодого к зрелому, но и временная. Рубцы, шрамы, келоиды свидетельствуют о том, что процесс «вторичного развития», как еще называют регенерацию, далеко не такой отшлифованный, как процесс «планового» обновления ткани, и здесь возможны несогласования. Если печень, например, травмировать алкоголем, то при ее восстановлении преимущество получает соединительная ткань — развивается цирроз.

Природа дальновидна, но не все поддается прогнозу. В частности, какой может быть травма, если такое произойдет; какие составляющие ткани будут поражены; с какими микробами придется столкнуться; какие могут возникнуть воспалительные процессы?

Вот на такие случаи и припасено «поле свободы» для возможных преобразований — вплоть до резкого изменения клеточного фенотипа. Это означает, что, затягивая какую-либо фазу деления клетки, природа держит в «боевой готовности» не только гены, необходимые для образования всего тканевого биоценоза, но и запасные, которые в норме не дают о себе знать (в науке они известны как рецессивные).

А теперь представьте себе, что клетка задержалась в состоянии детерминированности, в контрольной точке из-за неисправности генетического аппарата. Она подлежит уничтожению. А если после задержки действие «казнящих» белков, каспаз — нейтрализован, однако перешагнуть через их заслон не удалось — что тогда?

Остановившись перед барьером узкой специализации, клетка будет развиваться так, как ей будет диктовать тот широкий набор генов, который природа держала в боевой готовности на случай травмы. И тогда из клона сформируется тканевый биоценоз, но такой химерный!

У его составляющих будут уко­рочены теломеры, как и положено соматическим. Они будут дифференцироваться «на ходу», но по-настоящему зрелыми не станут никогда, поскольку не пройдены все фазы нормального развития. Они не могут услышать сигналы даже друг друга, поскольку таковые не сформировались потому, что не было определено, каким генам, кроме необходимых для строгой специализации, следует умолкнуть. Тем более не сформировался механизм контактного торможения.

В таком биоценозе будет много «лишних» белков, поскольку работают и рецессивные гены, обычно находящиеся в подтексте этой большой Книги жизни, которой является носитель наследственности ДНК. Попада­ются там и похожие на эмбриональные белки, потому что их будут производить болезненные аналоги стволовых клеток.

Теломераза там будет активной, поскольку она должна быть активной до тех пор, пока клетка, готовясь к специализации, проходит все фазы развития.

Такой конгломерат будет самовоспроизводиться, но непременно будет паразитировать на организме, из которого будет высасывать энергию, поскольку более совершенный способ питания через окисление аденозиндифосфата сформировался на более поздних стадиях эволюционного процесса.

Это — характеристики раковой опухоли, представляющей собой тканевый биоценоз, который реализовался при отсутствии общего плана развития. И она возникает не из универсальных стволовых и не из соматических клеток, а из тех, которые находятся в состоянии детерминированности, двигаясь туда, откуда долетает сигнал о травме с «полем возможностей», необходимым для восстановления этого биоценоза. Когда рана заживет, сигнал должен прекратиться. А если «кнопка залипает»? Если по какой-то причине нарушена петля обратной связи, и сам организм сигналит «рана, рана!» тогда, когда раны уже нет?

Здесь, по нашему мнению, и следует искать причину канцерогенеза, потому что ставить вопрос о том, совпадение скольких мутаций необходимо для его возникновения и как снимается уздечка генетических ограничений, просто нецелесообразно.

Она не снимается — она еще не наброшена. Уже синтезированы ферменты, которые будут активировать определенные гены, уже потянулись друг за другом группы взаимодополняющихся атомов (в науке их называют комплементарными), уже произнесено «слово», которое должно воплотиться в «дело» процессов обмена веществ... Готовясь стать фенотипом, генотип уже ступил на «калиновый мост», после чего будет захвачен временным потоком — уже без возврата...

Наукой это состояние исследовано мало, поскольку для современных методик трудно уловимо. Кроме универсальных стволовых клеток, отмечают еще клетки- предшественники, клетки-сателлиты, не делая между ними различия. Мы же предлагаем выделить в отдельную группу регенерационные клетки, которые в случае травмы готовы к возрождению всего тканевого биоценоза, поскольку это предусмотрено эволюцией. Поэтому рак всегда связан с травмой, стрессом, где факторы могут быть самыми разнообразными — вплоть до вирусной интервенции.

Возникает вопрос: если события канцерогенеза происходят на «калиновом мосту», то возможен ли возврат к нормальному состоянию?

Практика дает повод верить в такую возможность: многим врачам известны случаи, когда отпущенные домой умирать пациенты благополучно жили долгие годы без каких-либо симптомов болезни. В этом плане очень интересны исследования американки Б.Минц, проведенные в 80-е годы прошлого века. Клетку тератомы (опухоли яичников или семенников) от мышей с черной шерстю она подсаживала в оплодотворенные яйцеклетки мышей с серой шерстью. В положенный срок рождались вполне здоровые мышата, но — полосатенькие. Этот факт дает много оснований для оптимизма.