Жизнь и смерть традиционно рассматриваются как противоположности…
Однако возникновение новых многоклеточных форм жизни из клеток мёртвого организма вводит «третье состояние», которое лежит за пределами традиционных границ жизни и смерти.
Обычно учёные считают, что
смерть — необратимое прекращение функционирования организма в целом.
Однако такие практики, как донорство органов, подчёркивают, что органы, ткани и клетки могут продолжать функционировать даже после гибели организма.
Эта устойчивость поднимает вопрос:
Какие механизмы позволяют определённым клеткам продолжать функционировать после смерти организма?
Я нашёл интересных исследователей, изучающих, что происходит внутри организмов после их смерти.
В недавно опубликованном обзоре они описывают, как определённые клетки — при обеспечении их питательными веществами, кислородом, биоэлектричеством или биохимическими сигналами — обладают способностью трансформироваться в многоклеточные организмы с новыми функциями после смерти.
Жизнь, смерть и возникновение чего-то нового
Третье состояние ставит под сомнение то, как учёные обычно понимают поведение клеток.
Хотя превращение гусениц в бабочек или головастиков в лягушек, может быть, известными трансформациями развития, существует несколько случаев, когда организмы изменяются не предопределённым образом.
Опухоли, органоиды и клеточные линии, которые могут бесконечно делиться в чашке Петри, например, клетки HeLa , не считаются частью третьего состояния, поскольку они не развивают новых функций.
Однако исследователи обнаружили, что:
клетки кожи, извлечённые из эмбрионов погибших лягушек, смогли адаптироваться к новым условиям чашки Петри в лаборатории, спонтанно реорганизовавшись в многоклеточные организмы, называемые ксеноботами.
Эти организмы демонстрировали поведение, выходящее далеко за рамки их первоначальных биологических ролей.
В частности, эти ксеноботы используют свои реснички — небольшие, похожие на волоски структуры — для навигации и перемещения в окружающей среде, тогда как у живого эмбриона лягушки реснички обычно используются для перемещения слизи.
Ксеноботы могут двигаться, лечиться и взаимодействовать с окружающей средой самостоятельно.
Ксеноботы также способны осуществлять кинематическую саморепликацию , то есть они могут физически воспроизводить свою структуру и функции без роста.
Это отличается от более распространённых процессов репликации, которые подразумевают рост внутри или на поверхности тела организма.
Исследователи также обнаружили, что отдельные клетки лёгких человека могут самоорганизовываться в миниатюрные многоклеточные организмы, способные передвигаться.
Эти антропоботы ведут себя и структурированы по-новому.
Они не только способны ориентироваться в окружающей среде, но и восстанавливать как себя, так и повреждённые нейронные клетки, расположенные поблизости.
В совокупности эти результаты демонстрируют присущую клеточным системам пластичность и бросают вызов идее о том, что клетки и организмы могут эволюционировать только предопределёнными способами.
Третье состояние предполагает, что смерть организма может играть значительную роль в том, как жизнь трансформируется с течением времени.
На диаграмме A показано, как антропобот в течение трёх дней строит мост через поцарапанный нейрон. На диаграмме B зелёным цветом выделен «шов» в конце третьего дня. Gumuskaya et al. 2023. Advanced Science, CC BY-SA
Посмертные состояния
На то, смогут ли определённые клетки и ткани выжить и функционировать после смерти организма, влияют несколько факторов.
К ним относятся:
- условия окружающей среды
- метаболическая активность
- методы сохранения
Разные типы клеток имеют разное время выживания.
Например
У людей лейкоциты погибают через 60–86 часов после смерти организма.
У мышей клетки скелетных мышц можно вырастить заново через 14 дней после смерти, тогда как клетки фибробластов овец и коз можно культивировать в течение месяца или около того после смерти.
Метаболическая активность играет важную роль в том, смогут ли клетки продолжать выживать и функционировать.
Активные клетки, которым для поддержания своей функции требуется постоянный и значительный приток энергии, сложнее культивировать, чем клетки с более низкими потребностями в энергии.
Такие методы консервации, как криоконсервация, позволяют образцам тканей, например, костному мозгу, функционировать так же, как и образцы тканей от живых доноров.
Врождённые механизмы выживания также играют ключевую роль в выживании клеток и тканей.
Например
Исследователи наблюдали значительное увеличение активности генов, связанных со стрессом, и генов, связанных с иммунитетом, после смерти организма, что, вероятно, компенсирует потерю гомеостаза.
Кроме того, такие факторы, как:
…существенно влияют на жизнеспособность тканей и клеток.
Различные типы клеток обладают разной способностью к выживанию, в том числе и белые кровяные тельца. Эд Решке, Stone via Getty Images
Такие факторы, как:
- возраст
- здоровье
- пол
- вид
…влияют на дальнейшее формирование посмертного ландшафта.
Это видно на примере проблемы культивирования и трансплантации метаболически активных островковых клеток , которые вырабатывают инсулин в поджелудочной железе, от доноров реципиентам.
Исследователи полагают, что аутоиммунные процессы, высокие энергозатраты и деградация защитных механизмов могут быть причинами многих неудач при трансплантации островков.
Остаётся неясным, как взаимодействие этих переменных позволяет определённым клеткам продолжать функционировать после смерти организма.
Одна из гипотез заключается в том, что специализированные каналы и насосы, встроенные в наружные мембраны клеток, выполняют функцию сложных электрических цепей.
Эти каналы и насосы генерируют электрические сигналы, которые позволяют клеткам общаться друг с другом и выполнять определённые функции, такие как рост и движение, формируя структуру образуемого ими организма.
Степень, в которой различные типы клеток могут подвергаться трансформации после смерти, также неизвестна.
Предыдущие исследования показали, что определённые гены, участвующие в стрессе, иммунитете и эпигенетической регуляции, активируются после смерти у мышей, рыбке-зебры и людей , что свидетельствует о широком потенциале трансформации среди различных типов клеток.
Значение для биологии и медицины
Третье состояние не только предлагает новые знания об адаптивности клеток. Оно также открывает перспективы для новых методов лечения.
Например, можно было бы создать роботов-антропоботов из живой ткани человека, которые будут доставлять лекарства, не вызывая нежелательного иммунного ответа.
Искусственно созданные роботы, введённые в организм, потенциально способны растворять артериальные бляшки у пациентов с атеросклерозом и удалять избыток слизи у пациентов с муковисцидозом.
Важно отметить, что эти многоклеточные организмы имеют ограниченный срок жизни и естественным образом разлагаются через четыре-шесть недель.
Этот «выключатель» предотвращает рост потенциально инвазивных клеток...
Более глубокое понимание того, как некоторые клетки продолжают функционировать и превращаются в многоклеточные образования через некоторое время после гибели организма, открывает перспективы для развития персонализированной и профилактической медицины.