Бессмертная медуза . Как организм, который умеет отматывать назад свое развитие, может помочь лечить болезни людей

Крошечную прозрачную медузу Turritopsis dohrnii удивительно трудно убить. Морской биолог Мария Мильетта из Техасского университета A&M в Галвестоне резала их, кипятила, морила голодом, перенасыщала их аквариумы солью или бросала в пресную воду – но эти ловкие существа, кажется, каждый раз обманывают смерть.

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".

Иллюстрация XIX века, изображающая T. dohrnii до того, как была обнаружена необычайная природа ее жизненного цикла / Alamy

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, мышечные и 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".

"Полипы" бессмертной медузы – это ранняя стадия жизни, из которой впоследствии развиваются молодые медузы / Davide Maggioni /  Miglietta lab at Texas A&M Galveston

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 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.