Parte 1: uma pessoa pode desafiar seus genes
Em teoria, os organismos vivos podem viver por muito tempo, quase para sempre. De onde veio uma propriedade tão ruim como a morte dos seres vivos?
Todos nós morreremos um dia. Infelizmente (e talvez felizmente, existem diferentes pontos de vista), a vida é organizada de tal forma que completamos este milagre com um complemento obrigatório muito desagradável - a morte.
Alguns biólogos acreditam que nem sempre foi assim. Parece que o famoso August Weismann foi o primeiro a duvidar da "inevitabilidade" da morte. Este é o ancestral dos geneticistas Weismanistas-Morganistas, tão odiados por Trofim Lysenko. Em sua palestra, que Weismann deu em Freiburg em 1881, ele disse: "Eu vejo a morte não como uma necessidade primária, mas como algo que é adquirido uma segunda vez no processo de adaptação." Portanto, a morte foi inventada pela natureza com o propósito de garantir a mudança de gerações, sem a qual a vida não pode se desenvolver e sem a qual a evolução é impossível.
O papel do DNA na hereditariedade ainda não era conhecido. Não estava claro como a genética era arranjada em geral, e Weisman sentiu que tudo isso seria revelado: "Não há dúvida de que os organismos superiores na versão de seu projeto que chegou até nós hoje contêm as sementes da morte." De que sementes estamos falando? Claro, sobre genes. Ou seja, se traduzido para uma linguagem mais moderna, um conhecido biólogo afirmou que os genes da morte estão embutidos em todos os organismos vivos (ou seja, você e eu). Acontece que um dia eles podem ligar e morreremos imediatamente. Vamos cometer, por assim dizer, suicídio biológico molecular.
Até que ponto concordamos? A ponto de os organismos vivos serem de alguma forma programados para cometer suicídio? Pode parecer loucura, todo mundo conhece o instinto de autopreservação e, em geral, o que pode ser mais valioso para o corpo e para uma pessoa do que sua própria vida?
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O maior objetivo de um organismo vivo
Do ponto de vista humanitário, ou seja, nosso egoísmo humano, é claro, a vida é o valor mais alto. Mas o autor dessas linhas é um biólogo profissional, e mesmo com uma queda pela medicina. Portanto, também considero uma pessoa apenas uma criatura viva pertencente a vertebrados, animais, mamíferos, da ordem dos primatas, o gênero Homo, a espécie sapiens. E eu sei que para todos os seres vivos existe uma coisa que é muito mais valiosa do que sua própria vida. Este é o genoma de sua espécie. O conjunto de todos os genes, que determina o que essa criatura é, que tipo de criatura ela é.
E isso é algo muito importante. O genoma de cada espécie se formou como resultado de dezenas e centenas de milhões de anos de evolução e, se for perdido, a espécie desaparecerá completamente, o que significa que todos esses milhões de anos se passaram em vão. Todos os seres vivos e em seu número com você, de seus pais recebem uma cópia do genoma, conferem seu desempenho (cópia) durante sua vida, e se a cópia acabar sendo boa, então ela é passada para seus filhos. Alguém mais pergunta sobre o significado da vida? Do ponto de vista da biologia, é assim. Peguei, usei um pouco e, se deu certo, passei adiante.
Normalmente, os interesses do genoma coincidem completamente com os interesses de seu portador temporário. Se a criatura, não tendo tempo para deixar descendentes, morrer, uma cópia de seu genoma será perdida para sempre. Mas às vezes situações muito desagradáveis acontecem quando os desejos do próprio portador não coincidem com as necessidades do genoma. E então nossos genes nos mostram imediatamente quem é o chefe da casa.
Um bom exemplo é a levedura de cerveja, um dos temas preferidos de pesquisa entre os biólogos. (Suspeito que isso se deva a um subproduto maravilhoso que eles podem produzir.) O fermento é um fungo unicelular bastante primitivo e pode viver de dois modos: reproduzindo-se assexuadamente ou organizando a reprodução sexual para si mesmo.
Se tudo estiver bem em suas vidas, então o fermento se multiplica, cuspindo novas células de si mesmo, suas cópias-clones exatas. O processo pode se repetir várias vezes, e a levedura vive por muito tempo, multiplicando-se em número e tentando ocupar o máximo de espaço possível. A evolução neste modo é extremamente lenta, porque a variabilidade é muito pequena, células novas e velhas se misturam no ambiente e há muitas células antigas. Em geral, estagnação.
Mas então as condições começam a se deteriorar (por exemplo, toda a comida simples que está na área foi comida). As células de levedura sentem que o brinde acabou e "decidem" acelerar sua própria evolução, recuperando a capacidade de se adaptar rapidamente às novas condições. Isso é feito usando duas coisas:
A reprodução sexual obrigatória é introduzida.
Para fazer isso, as células de levedura concordam em qual deles será um menino e qual será uma menina, e organizam uma troca de genes.
Morte rápida aparece.
Morte programada de células de levedura, que está ausente em condições mais confortáveis de reprodução assexuada. É obviamente necessário para que a velha geração de leveduras dê lugar à nova, resultante da "mistura" de genes.
E você sabe qual é o sinal que aciona a morte programada das células de levedura? Feromônio - uma substância que a levedura de um sexo detecta os representantes do sexo oposto. A descoberta desse fato causou muito barulho na multidão de cientistas de leveduras. Aqui está uma história comovente de amor e morte na levedura de cerveja.
O sacrifício é uma regra geral
Ou seja, assim que a espécie precisava acelerar sua própria evolução, os interesses de indivíduos individuais eram imediatamente sacrificados em prol do Genoma de Sua Majestade. E essa regra, triste para indivíduos individuais, pode ser rastreada em criaturas de qualquer complexidade.
Pense nas plantas anuais que morrem assim que seus frutos amadurecem. A propósito, eles podem não ser anuais. Apenas reproduzindo uma vez. Por exemplo, o bambu vive por décadas e então floresce, forma sementes e depois morre. Observe que algumas mutações nos genes de uma planta anual podem transformá-la em … uma planta perene. Por exemplo, os geneticistas belgas conseguiram fazer isso, o trabalho foi premiado com publicação na Nature.
Você acha que isso só se aplica a cogumelos e plantas? Aqui estão os insetos. A coroa da evolução, aliás! Pergunte a qualquer zoólogo invertebrado que é mais frio - dípteros ou alguns macacos carecas desajeitados? As efeminadas não vivem muito: de algumas horas a alguns dias (dependendo da espécie específica), porque não têm … boca. Eles não podem comer e morrer de fome. Cada mosca gosta disso? Acho que não. Eles estão felizes com o genoma de sua espécie? Tenho certeza. Simplesmente porque é uma espécie animal muito bem sucedida, ou seja, uma espécie animal muito difundida e antiga. Muito mais velho do que você e eu.
Quebre o sistema, mude o programa
Então, curiosamente, existem programas genéticos suicidas. Mas não começamos a falar sobre eles para nos surpreender mais uma vez com o arranjo da natureza viva. Há uma questão muito mais urgente que diz respeito a cada um de nós. Lembre-se - "todos nós vamos morrer"? Nosso genoma não tem nada a ver com esse triste fato? Não herdamos de nossos ancestrais primitivos algum programa genético, cujo objetivo é nos levar à sepultura?
Vou tentar provar a você que é assim. E podemos nos dar ao luxo de quebrar esse programa. Porque é necessário com o único propósito de acelerar a evolução do homem como espécie biológica. Mas não precisamos mais disso, porque, em vez do ritmo de evolução de um caracol, os humanos há muito tempo usam um método muito mais rápido e eficaz de sobrevivência como espécie - o progresso técnico. Isso significa que ele não precisa mais de todos os tipos de ferramentas evolucionárias desagradáveis e elas podem ser desligadas, não importa o quanto Sua Majestade, o Genoma Humano, protestou contra isso.
Em outras palavras, é perfeitamente possível colocar a questão: queremos continuar a ser um repositório temporário de genes no caminho de uma geração para a próxima? Uma máquina biológica, seguindo cegamente as ordens de seu próprio genoma? É hora de uma revolta das máquinas?
Parte 2: Como o programa genético leva as pessoas à morte
A maior ameaça ao ser humano é o envelhecimento biológico, ou seja, o enfraquecimento lento das funções do organismo, que aumenta inexoravelmente a probabilidade de morte. Há todas as razões para acreditar que o envelhecimento é o resultado de um programa genético.
Com toda a grandeza da Humanidade e do Homem, você e eu nada mais somos do que máquinas biológicas. Nossos pais carregaram um programa em nós - nossa vida, nosso genoma - a execução, de fato, deste programa. O que é isso? O fato de que precisamos nos desenvolver em forma de embrião, nascer, crescer e, se a cópia baixada do genoma tiver sucesso em nós, transferir essa cópia para nossos filhos. Mas o programa não termina aí. Porque também há um estágio final nisso - é necessário liberar um lugar na caverna para a próxima geração, ou seja, morrer.
Se todos concordarem com os primeiros estágios do programa, então de alguma forma eles não gostam de pensar na última parte. E não apenas pessoas comuns, mas também cientistas profissionais. Talvez seja porque a maioria dos biólogos gosta muito da vida e de todas as suas manifestações. Na verdade, é por isso que nos tornamos biólogos. É sempre muito mais interessante para nós explorar de onde algo vem, do que para onde vai depois, como é destruído.
Nesse sentido, a história do estudo das proteínas é muito instrutiva (seu outro nome é proteínas, isso é especificamente o que está codificado em nossos genes, a parte mais importante em qualquer sistema vivo). O processo de síntese de proteínas nas células começou a ser estudado de perto já na década de 50 e rapidamente descobrimos como isso acontece. Desde os anos 70, todos os livros didáticos descrevem o mecanismo correspondente, que funciona perfeitamente e produz o tempo todo todas as proteínas de que precisamos. Pergunta: para onde eles vão então? Eles não vivem para sempre. A célula simplesmente explodiria de todas as proteínas sintetizadas. Mas, por alguma razão, os biólogos de alguma forma "não se preocuparam muito com essa questão". E negligenciado um sistema grande e complexo de degradação de proteínas. Ocupa mais de 10% de todos os nossos genes e determina exatamente quanto tempo uma determinada proteína deve viver,dependendo de sua função. Alguns deles vivem apenas algumas horas, outros permanecem anos na gaiola. Eles começaram a discutir isso apenas no final dos anos 80, e o Prêmio Nobel foi concedido pela descoberta de um sistema para a destruição direcionada de proteínas.
Estrague o programa
Não aconteceu uma história semelhante com a morte programada do organismo? Talvez os biólogos não quisessem apenas pensar nisso? E em vão! Porque se nossa morte também é programada, como nosso nascimento, isso nos dá uma grande chance de viver melhor e por mais tempo. O fato é que a biologia, com todas as suas realizações, é uma ciência bastante jovem. Ainda sabemos aproximadamente como a natureza viva é organizada e ainda não sabemos como criar vários novos sistemas biológicos que poderiam ser úteis para nós para estender nossa própria vida. Mas se a nossa morte acontece devido à ação do programa, então não há necessidade de construir nada. Pelo contrário, deve ser quebrado. Quebre a última etapa deste programa, que é fatal para nós. Além disso, é ainda possível não quebrá-lo completamente (isso pode ser perigoso e, provavelmente, ainda é impossível),é bastante simples interferir de alguma forma, inserir esse mecanismo nas rodas dos paus. Para todos os jovens da engenharia biológica e da biologia, de alguma forma já sabemos como quebrar. E então o mecanismo funcionará pior, o que significa que viveremos mais.
E, no entanto, existe um mecanismo semelhante de suicídio programado no corpo humano? Talvez os cientistas de alguma forma o tenham esquecido, só porque não está lá e não porque eles não quiseram olhar? Com todo o respeito aos meus colegas, acho que não. E então tentarei provar como é possível, em geral, em uma ciência tão frouxa como a biologia, que sim, tenhamos esse programa. E você pode começar a lutar contra isso. Mas para descobrir do que se trata, você precisará ler esta série de artigos até o fim.
Bem, de que tipo de programa podemos falar? Existem várias opções e vamos começar com a mais simples. Existe uma coisa muito desagradável e mortal como a sepse. Geralmente acontece quando o sangue fica infectado com bactérias. Ou seja, se um grande número de micróbios entrar no sangue, é muito perigoso. A temperatura de uma pessoa sobe abruptamente, a chamada inflamação sistêmica se desenvolve e o processo provavelmente termina da maneira mais triste - o paciente morre. A propósito, isso também funciona em outros animais - ratos, camundongos e quaisquer outros animais.
Por que isso acontece? Parece que tudo está claro. As bactérias começaram a se multiplicar no sangue, o sistema imunológico não consegue lidar com elas e elas "comem" o corpo humano por dentro. E o que, pode-se perguntar, não nos convém com uma explicação tão direta e compreensível?
Imunidade mortal
Mas aqui está o problema. Em algum ponto, descobriu-se que o mesmo efeito pode ser alcançado (não em humanos, é claro, mas em um experimento em ratos) se bactérias mortas (!) Forem introduzidas no sangue. Eles não podem se reproduzir, nem "comer" nada. E os sintomas são os mesmos - febre e inflamação e, como resultado, morte por falência de múltiplos órgãos. Aha! - disseram os cientistas interessados - isso significa que as bactérias não são terríveis em si mesmas, mas porque contêm alguma substância muito venenosa para humanos (ou ratos)! Também causa choque séptico. Eles começaram a entender e realmente isolar essa substância das bactérias, ou melhor, de suas cascas. Se for limpo e introduzido no sangue de um animal, a infeliz criatura também morrerá de choque séptico. Que substância é essa? Que veneno bacteriano terrívelque foi imediatamente chamada de endotoxina - isto é, o veneno interno das bactérias?
Descobriu-se que se trata de um polímero simples constituído por resíduos de açúcares e lipídios - lipopolissacarídeo (abreviatura em inglês - LPS). Em sua essência química, a substância é totalmente inofensiva, é apenas um material de construção que compõe a parede celular das bactérias. Como o LPS pode ser tóxico para os mamíferos? Eles começaram a entender melhor e descobriram que os mamíferos possuem proteínas especiais - receptores LPS, que monitoram constantemente o sangue para o surgimento dessa substância. E se eles detectam uma certa quantidade de LPS, então eles desencadeiam uma terrível cascata de reações biológicas, que chamamos de choque séptico. Se fizermos um camundongo mutante que possui um gene quebrado para esse receptor, então, para esse camundongo OGM, a dose mais letal de LPS será absolutamente inofensiva.
Seu corpo simplesmente não notará a "endotoxina" e continuará a viver feliz. Você pode interromper esse programa suicida de outra maneira. A misteriosa cascata inflamatória em resposta ao LPS faz parte do sistema imunológico do corpo. Conhecemos substâncias como corticosteróides como a dexametasona, que são boas em suprimir o sistema imunológico. Consequentemente, se o LPS for injetado em um camundongo junto com a dexametozona, os receptores LPS do camundongo, é claro, irão detectar e transmitir um sinal “para cima” para o sistema imunológico. Mas isso não levará a nada terrível, porque será desativado. E o mouse vai sobreviver.
Em geral, se omitirmos todos esses detalhes terríveis, a conclusão é a seguinte: a morte por choque séptico ocorre como resultado do trabalho de um programa suicida especial. O corpo se mata se encontrar dentro de si um número suficientemente grande de bactérias patogênicas. Até agora, muito se sabe sobre este programa: como ele é iniciado, quais partes do sistema imunológico ele ativa, como e quando o processo entra em uma fase irreversível.
Sacrifício pelo resto
Surge uma pergunta razoável, mas muito pouco apreciada pelos biólogos: por quê? Por que os mamíferos têm esse sistema letal? Definitivamente, não é necessário para um organismo separado. Sem o sistema de choque séptico, ele teria pelo menos alguma chance de "esmagar" a infecção e sobreviver. Mas a natureza não dá essa chance, acabando com o infeliz, mesmo que a bactéria que o infectou já esteja morta. Por quê?
Uma resposta exata a essa pergunta, é claro, não pode ser dada, pois os caminhos da evolução são inescrutáveis … bem, ou aquele que o direciona para lá. Mas, na verdade, toda essa história parece muito razoável e prática. É verdade, não do ponto de vista de uma pessoa individual, como a coroa da natureza, mas do ponto de vista de Sua Majestade o Genoma do Homo sapiens.
Em tempos primitivos, que pelos padrões evolutivos foram há apenas alguns segundos, um indivíduo infectado era extremamente perigoso para o resto de sua espécie. Porque ele poderia transmitir a infecção para eles, infectar toda a população e … e se esta for a última população desta espécie? Então ele (a espécie) desaparecerá, e com ele seu genoma. Pior ainda, mesmo que a doença não seja fatal, ainda assim é muito perigosa. O fato é que nos estágios iniciais, o corpo combate as infecções sintetizando substâncias muito tóxicas - os radicais livres (falarei sobre eles em uma das colunas a seguir).
Essas substâncias são mutagênicas. E se a infecção for grave, muitos radicais são sintetizados, e isso já é uma ameaça direta ao aparecimento de muitas mutações no genoma. Bem, como um indivíduo doente sobreviverá e, com todas as suas mutações, dará à luz crianças com genomas incompreensíveis? Perigoso! Do ponto de vista da espécie e, mais importante, de seu genoma, é muito preferível que o indivíduo infectado não corra para lugar nenhum, fique quieto sob o arbusto mais próximo e … morra sem infectar parentes e não participe mais da reprodução. Esse é o objetivo do programa de choque séptico.
Mas no mundo moderno, uma pessoa não precisa de tal programa. Porque temos anti-sépticos e antibióticos.
E sobre a velhice
Bem, bem, o leitor corajoso que defendeu essas linhas dirá, digamos que a sepse é um programa. Mas, felizmente, o choque séptico está longe de ser a principal causa de morte nas pessoas. Existem outros que são muito mais comuns. E o que eles têm a ver com programas, genomas e o surgimento de máquinas biológicas?
A resposta é: você sabe qual é a causa mais comum de morte? Ameaçando 100% das pessoas com mais de, digamos, 20 anos? Isso é envelhecimento biológico! Ou seja, um enfraquecimento lento e consistente das funções corporais com a idade, aumentando inexoravelmente a probabilidade de morte. Portanto, o autor pertence àqueles biólogos que acreditam que temos todos os motivos para considerar o envelhecimento como resultado da atividade de tal programa genético. E na próxima edição de nossa bio-série, tentarei apresentar a vocês evidências dessa hipótese ousada, e campeões evolutivos nus me ajudarão nisso.
