«Бессмертная медуза». Как она может помочь лечить болезни людей

В условиях стресса они перестают двигаться и опускаются на дно аквариума. Затем происходит нечто удивительное: животные превращаются в шарики из клеток, не имеющие никакого сходства с формами взрослых медуз со щупальцами. В течение одного–трех дней из этого шарика клеток отпочковывается структура, называемая полипом — это ранняя стадия жизни медузы, — которая затем вырастает в колонию, из которой в итоге появятся новые медузы.

«Из одной медузы, которая не умирает, получается эта колония, способная сформировать еще сотни таких же», — говорит Мильетта. И каждая из этих новых медуз в принципе может омолаживаться таким же образом — демонстрируя, казалось бы, бесконечную способность «перевести часы» назад, к молодости.

Мильетта и другие ученые в настоящее время изучают генетические и молекулярные процессы, которые дают возможность Turritopsis dohrnii бросать вызов смерти. Раскрыв эти секреты, ученые надеются выяснить, можно ли запустить подобные процессы у людей. Цель заключается не в том, чтобы превратить пожилых людей обратно в младенцев, как в фильме «Бенджамин Баттон» — эта идея не выходит за рамки научной фантастики, — а в том, чтобы вернуть клеткам и тканям более молодое состояние для заживления ран и лечения возрастных заболеваний.

«Святой Грааль в этой области, на мой взгляд, — это регенеративная биология: попытка обратить вспять дегенерацию или деградацию, связанные со старением, — говорит Майкл Колдобский, детский онколог и врач-ученый из университета Джонса Хопкинса. — Нам еще далеко до того, чтобы использовать это на благо человека, но я думаю, что понимание этих организмов, у которых эти процессы развились миллионы лет назад, потенциально может окупиться».

О регенеративных способностях Turritopsis dohrnii впервые сообщил в 1992 году итальянский биолог Стефано Пирайно, который содержал этих медуз в лаборатории и забыл покормить их на выходных. Он ожидал, что в начале следующей недели обнаружит их трупы, «но вместо этого обнаружил в контейнере новые полипы», говорит Мильетта.

Пирайно из итальянского Университета Саленто заинтересовался, как это стало возможно. По мере развития эмбрионов так называемые стволовые клетки размножаются и превращаются в нервные клетки, мышечные клетки и различные другие типы клеток, из которых состоит организм. Как правило, в этом виде они остаются до старости и смерти.

Но Пирайно обнаружил, что во время омоложения медузы определенные ткани проходят процесс «трансдифференцировки», в ходе которого они возвращаются в состояние, сходное со стволовыми клетками, а затем превращаются в другие типы клеток.

«Взрослые клетки становятся „недифференцированными“ и превращаются в то, что необходимо для формирования полипа», — говорит Мильетта, ранее работавшая в лаборатории Пирайно.

Способность Turritopsis dohrnii к омоложению принесла ей прозвище «бессмертная медуза». Насколько известно ученым, это уникальное явление в животном мире. Хотя некоторые ящерицы, черви и амфибии способны восстанавливать утраченные или поврежденные части тела, ни один из них не способен вернуть взрослое тело в состояние младенчества. Turritopsis dohrnii — яркое доказательство того, что старение и смертность не всегда являются биологической неизбежностью (хотя ученые не могут исключить, что в итоге медуза все же умирает естественной смертью).

Генетические подсказки

Сегодня Мильетта и другие ученые работают над изучением генетических процессов, позволяющих клеткам «вернуться в прошлое». По словам Колдобского, главная цель — обнаружить молекулярный «переключатель», управляющий этим процессом. Если такой же переключатель существует у людей, то, возможно, его можно активировать, чтобы вернуть клетки человека в более молодое состояние.

Это могло бы ускорить заживление ран или поврежденных тканей после инсультов или инфарктов, а может быть, даже обратить вспять повреждения, возникающие при возрастной потере зрения или нейродегенерации, характерной для болезни Альцгеймера.

«Мы не собираемся снова сжиматься до размеров эмбриона и начинать с нуля, — говорит он, — но на уровне органов и тканей, я думаю, это вполне возможно».

Исследования находятся на ранней стадии, но уже начинают приносить первые плоды. В исследовании 2022 года одна группа ученых сравнила гены Turritopsis dohrnii и родственного вида, который, как известно, не обладает способностью к омоложению — хотя трудно с уверенностью утверждать, что он не способен к этому, поскольку многие виды медуз изучены недостаточно, говорит молекулярный биолог и биоинформатик Виктор Кесада из Университета Овьедо в Испании.

По сравнению с другим видом ДНК Turritopsis dohrnii содержала больше копий генов, кодирующих белки, которые помогают восстанавливать мутации и другие виды повреждений ДНК, накапливающихся с возрастом. У бессмертной медузы также было больше копий генов, кодирующих белки, участвующие в поддержании структур, называемых теломерами — небольших «шапочек» на концах цепей ДНК, которые защищают генетический материал от повреждений.

Обычно теломеры укорачиваются с возрастом, делая ДНК более уязвимой для повреждений, но повышенная способность бессмертной медузы к их восстановлению может быть одним из ключей к ее долголетию, говорит Кесада.

Это лишь начало пути к пониманию секретов стратегии омоложения Turritopsis dohrnii и того, можно ли какой-либо ее аспект применить к людям, говорит Кесада.

«Мы исходим из того, что при многих заболеваниях пути назад нет, — говорит он. — Возможно, такой путь все-таки существует, если мы узнаем достаточно о том, как работают эти механизмы».

Между тем Мильетта сравнивала гены, активирующиеся на разных стадиях жизни Turritopsis dohrnii, и изучала те из них, которые активируются только на стадии шарообразной кисты, когда клетки меняют свое предназначение и затем образуют новые полипы. «Это может свидетельствовать о том, что эти гены участвуют в этом уникальном процессе», — говорит она.

В ходе исследований 2019 и 2021 годов она и ее коллеги обнаружили повышенную активность загадочных генов с неизвестными функциями, а также генов, участвующих в починке ДНК и поддержании теломер.

Еще одно предварительное исследование Мильетты показало, что существует некоторое совпадение между генами, избыточно активируемыми на стадии кисты, и генами, которые связывают с долголетием у людей. Это подчеркивает идею о том, что между этими двумя видами могут существовать общие механизмы, говорит Мильетта.

В настоящее время Мильетта сотрудничает с Колдобским, чтобы лучше понять эти процессы и в итоге выяснить, можно ли их запустить в клетках человека. Ученые уже обнаружили определенные способы запуска процессов, сходных с омоложением, в клетках млекопитающих, но применить это к тканям человека оказалось сложно. Возможно, изучение Turritopsis dohrnii откроет другие, более эффективные способы сделать это, надеется Колдобский.

Хрупкий бессмертный организм

Помимо потенциальной практической пользы в медицине, Turritopsis dohrnii дает нам и более философские уроки. «Утешительно думать, что природа нашла решение одной из главных проблем человечества: старения и смерти», — говорит Мильетта. Она предполагает, что невероятная жизнестойкость Turritopsis dohrnii — одна из причин, по которой этот вид так широко распространился в мировом океане от Средиземного моря до Карибского бассейна и Японии.

Но хотя она и кажется неуязвимой, бессмертная медуза — хрупкий организм. Мильетта отмечает, что в ее лаборатории часть особей, похоже, неспособны к омоложению. А среди тех, кто способен к этому, возможно, существует предел количества раз, которое они могут омолаживаться, прежде чем умрут от старости.

Точно сказать сложно, поскольку в лабораторных условиях трудно поддерживать этот вид в течение длительного времени, так как для выживания ему, по-видимому, требуются особые условия. Кроме того, в дикой природе существует множество факторов, которые, вероятно, приводят к их гибели — в том числе изменения концентрации планктона, служащего им пищей, хищники или водоросли, которые душат колонии медуз.

Таким образом, бессмертная медуза преподносит нам важный урок, говорит Мария Паскуаль-Торнер из испанского Института морских наук, которая совместно с Кесадой участвовала в исследовании 2022 года. «Хотя она обладает способностью к омоложению и, теоретически, не умирает от старения, в то же время это чрезвычайно уязвимый организм, — говорит она. — Бессмертная медуза также напоминает нам, что жизнь и смерть — неразделимые части одной и той же реальности».

Другими словами, даже самому бессмертному организму в природе предстоит столкнуться со смертью.