Протомолекула: угроза или надежда?

Протомолекула, таинственная субстанция из сериала «Экспансия» ("Пространство"), кажется невероятно загадочной и всесильной. Откуда пришла протомолекула? С какой целью она появилась в Солнечной Системе? Обладает ли она разумом? Враждебна ли она?

Вместе с героями сериала, зрители «Экспансии» поначалу считают протомолекулу неким смертельным заболеванием, неизвестным человечеству и потому предельно опасным. Оно безжалостно и неизлечимо; от него гибнут тысячи людей...

Однако с развитием событий в сериале выясняется, что протомолекула разрабатывалась супер-миллиардером Жюлем-Пьером Мао как биологическое оружие. Разрабатывалась, но не была создана: Мао заполучил образцы субстанции с биостанции на Фебе, зараженной протомолекулой. Работая с субстанцией, ученые в исследовательском Центре Мао на Ганимеде устанавливают, что таинственное вещество способно вступать в симбиоз с человеческим организмом, не убивая его. Ученые заражают протомолекулой детей с выраженным иммунным дефицитом, создавая тем самым чудовищных «симбиотов» – супер-созданий, контролируемых протомолекулой. Симбиоты обладают поразительными способностями: им не нужен скафандр в открытом космосе, они невероятно сильны и выносливы. Один такой симбиот легко расправился с дюжиной бойцов из элитных спецподразделений Земли и Марса.

Хотя многие герои (да и зрители!) сериала рассматривают протомолекулу как «вещь», как субстанцию, в нескольких сценах «Экспансии» авторы последовательны в своих намеках на то, что протомолекула разумна. Например, прецедент «эпидемии протомолекулы» на Эросе привел к тому, что субстанция поглотила всю колонию (более сотни тысяч человек) и, подчинив себе этим энергию и разум колонистов, получила способность перемещать Эрос в космосе. Детектив Миллер вступил в контакт с протомолекулой, которая общалась с ним, воссоздав образ погибшей Джули Мао. Миллер предположил, что сам факт появления Джули означал способность людей «заражать» протомолекулу в ответ, в процессе инфицирования землян; при этом личность человека, его индивидуальность, желания, память отпечатывались на создаваемом протомолекулой суррогате. Это, по мнению Миллера, означало, что протомолекула является неким инструментом общения людей с ее создателями. Однако субстанция куда более развита, чем супермощный инструмент связи: протомолекула постоянно усовершенствуется и даже обладает хорошо выраженным инстинктом самосохранения. В то же время Дрезден, главный ученый базы Мао на Ганимеде, заявляет, что протомолекула является доказательством жизни за пределами Солнечной системы, но не самой жизнью.

Использование авторами «Экспансии» такого фантастического допущения, как протомолекула, впечатляет и волнует зрителей. Субстанция или существо? Имеет ли оно разум, и если да, то в какой степени развит его интеллект, насколько опасным – или полезным? – для обитателей Солнечной Системы может оказаться этот пришелец? Есть ли у него уязвимые стороны? Смогут ли люди одолеть его – или все же более логичным окажется «мировая», развитие контакта путем сотрудничества?

Вопросы, подобные этим, часто являются главной, и весьма притягательной, составной частью множества фантастических произведений и фильмов об инородных, «пришельческих», созданиях. Мы всегда стремимся «очеловечить», наделить разумом или способностью мыслить неведомое, чужое, непривычное для нас. Такой подход прочно пустил корни в нашем восприятии того, что не вписывается в рамки повседневности, в каноны знакомого. Возможное существование «пришельцев» не оставляет равнодушным никого на планете...

Однако немногие знают, что человек сталкивается, и часто сосуществует, с подобными «пришельцами» в его собственном организме в течение многих тысяч, если не миллионов, лет.

Традиционно патовый вопрос о яйце и курице в применении к биологии имеет довольно неожиданный для многих ракурс: что может считаться венцом мироздания на Земле? Что появилось на планете раньше? Человек всегда находился на самом верху многоступенчатой пирамиды живого на нашей планете – по крайней мере, так столетиями полагали ученые и философы. Мы состоим из клеток, так же, как и все остальное живое на Земле. Мы постоянно усложнялись, тысячелетиями усовершенствуя, оттачивая сложнейшие механизмы взаимодействия клеток и органов, которые они составляют. Вдобавок к этому, мы мыслим... следовательно, человек – царь природы, и клетка – первоисточник первоисточников. Однако на рубеже веков эта, казалось бы, незыблемая аксиома неожиданно получила ощутимый удар.

Вирусы или клетки/бактерии? Что появилось раньше?

Вирусы существуют на Земле миллиарды лет; они имеют совершенно противоположный нашему, клеточному, эволюционный принцип. В то время как клетки, а затем бактерии, наращивали вариативность и усложнялись, вирусы упрощались, становились более целенаправленными в своем предназначении, «заряженными» на свою единственную цель – размножение. Подобно автомату Калашникова, который состоит из десяти основных частей, большинство вирусов представляет собой образец минимализма. Эволюция вирусов «доупрощала» их до такой степени, что они не могут размножаться сами по себе; им необходим генетический и белковый материал клеток, которые вирусы инфицируют для продолжения рода. Вирус гриппа, к примеру, имеет всего 14 генов... но наши представления о «простоте» вирусов сильно пошатнулись с той поры, как группа французских ученых открыла удивительный вирус – он был огромен, и поначалу его приняли за бактерию, но совершенно «не-микробный» набор генов подсказал ученым, что перед ними – вирус, только невероятных размеров. В его «генной копилке» содержалось более тысячи генов. Он и вел себя, как бактерия, за что и получил название «мими-вируса», мимикрирующего вируса. Чуть позднее были открыты еще несколько «супер-вирусов», включая пандора-вирус, обладающий набором в 1100 генов (!). (История с Пандора-вирусом заслуживает отдельного разговора – поначалу считалось, что это новый вид бактерий, потому что размер вируса достигает чуть ли не микрона и его можно увидеть даже не в электронный, но в обычный микроскоп. Но особенности строения однозначно доказали вирусную природу этого существа)

Теории о внеземном происхождении вирусов не иссякают в медийных источниках. Они имеют довольно широкий круг приверженцев даже среди ученых-биологов, не говоря уже о поклонниках научной фантастики. В самом деле, один упомянутый выше реверсивный эволюционный путь вирусов, отличный от всего живого, наводит на подобные мысли. Капсиды вирусов, с их завораживающе-четкой геометрической симметрией, больше смахивают на спасательные шлюпки звездолетов, чем на оболочку чего-то, с чем ассоциируются слова «земное» или «живое». Отработанный миллионами лет жесткий цикл размножения вирусов и подчинения клеток-«хозяев» своей задаче здорово смахивает на колонизацию галактики Борг-организмом из «Стар Трека».

Или... На протомолекулу.

Та самая беспощадность в инфицировании клеток вирусами легко просматривается в том, как поступает протомолекула с людьми. Ни вирусы, ни протомолекула не заботятся о сохранении «хозяев»; погибнут очередные – будут новые... И протомолекула, и вирусы выживают в предельно жестких условиях и могут длительное время обходиться без источника энергии/питания. Истребить и протомолекулу, и вирусы очень трудно, практически невозможно.

И, наконец, самое главное – зачем нужны вирусы?

Если о предназначении протомолекулы зрители рано или поздно узнают из сериала, то вот по поводу того, для чего на Земле существуют вирусы, ученые не приходили к единому мнению довольно долго.

В середине 10-х годов этого века исследователи смогли установить (с помощью довольно сложного и кропотливого воссоздания «фамильных деревьев» для нескольких сотен клеток/бактерий и вирусов, основанного на фолдинге белка – весьма элегантного решения, детали которого я опускаю из-за сложности), что примерно 4 миллиарда лет тому произошло разделение путей клеток и вирусов, которые вышли... из одной пра-материнской клеточной структуры!

То есть в какой-то момент природа приняла кардинальное решение, значимость которого мы пока еще не можем полностью оценить, и отправила половину «клеточного состава» по пути усложнения и усовершенствования – процесса, результатом которого фактически мы и являемся – а другую половину подвергла такому же неумолимому, но деградирующему процессу упрощения.

Вопрос – «зачем?» – завладел умами биологов надолго, пока наконец в прошлом году в журнале «Клетка» появились две статьи от независимых групп авторов, которые показали, что древний вирус может отвечать за то, что у человека есть... сознание.

Как доказывают авторы статей, миллионы лет тому часть собственного генного кода была введена неким вирусом в геном четвероногих животных... и уцелела там, вплоть до появления и развития человека! Да-да, мы все до сих пор имеем тот самый вирусный код, причем в нашем мозгу. Правда, его оригинальное предназначение поменялось, и вместо типового задания репликации вируса (воспроизведения себе подобных), этот код выполняет невероятную по своей цели задачу... однако для начала вспомним, что подобная «встройка» вирусами своих генов в геном человека – совершенно обыденное дело в развитии хомо сапиенс; от 40 до 80 процентов человеческого генома есть результат некоего архаичного вирусного вторжения, по данным исследователей США и Японии. Все дело в том, как и почему эти вирусные генетические «наслоения» стали использоваться человеком себе на пользу. Такой холостой выстрел природы происходит очень редко, но в течение всего периода эволюции человека многое из привнесенного вирусами генного материала пошло, так сказать, на пользу людям – ведь обычно репликационный цикл вирусов либо оставляет клетку-донора неповрежденной, либо убивает ее; «третьего не дано», за тем самым раз-в-тысячу-лет исключением, когда встроенный вирусом генный кусок не сработал или сработал не так, как это было запрограммировано испокон веков.

(Кстати, это очень напоминает случай с аномальным взаимодействием протомолекулы на Ганимеде с детьми, у которых выражен иммунодефицит... Вместо того, чтобы убить «хозяина», протомолекула превращает детей в симбионтов, наделяя их при этом феноменальными способностями)

Возвращаясь к вирусному архаизму у нас в мозгу, природа (по мнению авторов статей в «Клетке») использует его для вполне вирусоподобной задачи упаковки генетической информации в некую капсулу, сильно напоминающую капсидную оболочку вирусов, и отправляет ее от одного нейрона к другому... Этот самый процесс обмена пакетами генной информации, как считают авторы, лежит в основе процесса мышления высшего порядка, и во многом определяет то, как нейроны общаются между собой, и то, как и в какой степени они перестраиваются – то есть и представляет собой основу синапса.

Статьи в журнале «Клетка» выводят читателей куда дальше, чем просто к парадоксальному повороту в том, как мы рассматриваем процессы синапса между нейронами. Если вникнуть глубже, то получается, что без части древнего вируса, встроенного в наш геном, мы никогда не смогли бы думать...

Возможно ли, что в далеком прошлом некая протомолекула, посланная на Землю из космоса, выполнила заданную функцию и внедрила в мозг животных сознание и способность мыслить?!

Но давайте перейдем к совершенно другому типу смертельного врага человека – раковым опухолям.

Десятилетиями мы считали, что рак – это аномалия собственных клеток человеческого организма, заболевание, которое вызывается определенными изменениями в генах, контролирующих процессы роста и деления клеток.

Гены – это инженеры, инструктирующие и контролирующие производство протеинов, белков, с помощью которых наши клетки функционируют. Изменения генной структуры, мутации, происходящие под действием различных факторов, приводят к нарушениям в работе «белковой фабрики», и обычно отлаженный процесс роста, деления, и умирания клеток идет вразнос: отдельные мутагенные изменения могут увеличить, к примеру, выработку белка, который форсирует рост клеток; другие приводят к образованию деформированной и, следовательно, нефункциональной формы белка, который в нормальном состоянии эффективно восстанавливает поврежденные клетки. Мутагенные изменения могут передаваться по наследству, но могут и приобретаться человеком в течение его жизни в результате ошибок, возникающих при делении клеток или в результате воздействия мутагенов, которые повреждают ДНК, таких, как канцерогены в табачном дыме, радиационноe (в том числе и солнечноe) облучениe и т.д.

Так учит теория.

Многие годы тому ученые установили, что паразитарные заболевания человека могут вызывать специфические виды рака. Механизм этого зловещего процесса включает три основных фактора, которые возникают у человека с приобретением паразитов: хроническое воспаление пораженных органов, выделения паразитами мутагенных соединений и физические повреждения тканей и клеток. Список раковых заболеваний, которые могут вызываться паразитами, впечатляет... Но это тема для отдельного разговора.

В 2011 году американский ученый Питер Дуйсберг из Университета Калифорния-Беркли опубликовал статью в журнале «Клеточный Цикл», в которой он предложил абсолютно парадоксальную идею: что, если рак сам по себе является паразитарным или бактериальным заболеванием? Несмотря на всю кажущуюся первоначальную абсурдность этой гипотезы, доводы Дуйсберга были весомыми. В самом деле, и паразит, и раковая опухоль нуждаются в питании, которое они получают от организма – и в случае рака, эта система питания опухоли поразительно сложна и тщательно сформирована – но в остальном абсолютно индивидуальны; более того, и паразит, и рак могут развиваться неконтролируемо, что приводит к гибели «хозяина»... Как сказал Дуйсберг, «Рак сравним по уровню сложности с бактериями; он автономен в том плане, что не зависит от других клеток для выживания, он не подчиняется «приказам» мозга, иммунной системы и прочих органов, и он растет там, где он хочет и как он хочет... Не это ли есть основные характеристики инородного существа (в нашем организме)?»

Если рассматривать с этой позиции «поведенческую модель» раковых опухолей, то становится не по себе. Как и любой хищник, рак обладает арсеналом разнообразных средств для того, чтобы замаскироваться, усыпить бдительность организма-«хозяина»; точно так же, как и любой хищник, он меняет тактику нападения, сталкиваясь с агрессивной защитой, и точно так же может временно отступать, вводя иммунитет организма в заблуждение, а потом атаковать с утроенной силой, появляясь в совершенно неожиданных местах.

В статье приводятся достаточно серьезные аргументы в пользу новой гипотезы – в том числе, выраженная способность рака вызывать хромосомные нарушения, анеуплоидию. В зависимости от тех или иных нарушений в хромосомном наборе анеуплоидия выражается в наследственных синдромах, часто в очень тяжелых формах (синдромы Дауна, Патау, Эдвардса, синдром кошачьего крика и пр.). Все раковые клетки анеуплоидны, доказывает Дуйсберг, и именно поэтому они вызывают массовые нарушения деления хромосом, приводящие к появлению опухоли...

Критики гипотезы Дуйсберга говорят, что хромосомные изменения являются не причиной, а следствием генетических нарушений развития клеток. Массивная атака на автора новой теории в научно-популярной литературе и сайтах, по мнению многих, явно поддерживалась фармацевтическими компаниями – понятно, почему: теория Дуйсберга торпедирует их многомиллиардные вложения в выпуск дорогостоящих блокбастерных лекарств, основанных на генной инженерии. А между тем, депрессивная статистика наиболее смертельных раковых заболеваний не спешит улучшаться; создается впечатление, что рак всегда находит обходные пути при применении даже самых «продвинутых» генных препаратов.

А что, если это в самом деле так?

Что, если рак – это живой организм, смертельно опасный, как протомолекула, но... с возможными присущими ему слабостями и пробелами в развитии? Тогда сам наш подход к тому, как победить рак, изменится коренным образом, и может быть, мы сумеем найти такую же слабину раковых опухолей, которую мы смогли найти для лечения бактериальных и паразитарных заболеваний?

Мы только начинаем заглядывать за ширму, отделяющую фантастику от реальности в мире биологии и медицины. Какие новые открытия на генетическом и хромосомном уровне позволят человеку искоренить вековые болезни, увеличить срок жизни, стать красивее, умнее? Есть ли в этом предопределение, посланное нам миллиарды лет назад в нашем геноме? Была ли в прошлом Земли некая протомолекула, которая стимулировала развитие разума, цивилизации на планете, и если да, то произошло ли это случайно или... или по воле высшего разума, который создал жизнь на Земле для целей, которых мы еще не знаем?

_________________________________________________

По материалам статей в журналах “Cell”, “Cell Cycle”, “Life Sciences”, сайтов “NIH News Releases”, “Cosmos”, и др.