Как зомби: частицы организма продолжили существование между жизнью и смертью

Организмы-зомби, которые пребывают в «третьем состоянии», по ту сторону жизни и смерти, действительно существуют. Конечно, они не такие крупные, как персонажи из фильмов про ходячих мертвецов, но всё равно поражают самим фактом своего существования.

Исследование на эту тему провели Питер Нобл из Вашингтонского университета и Алекс Пожитков из Высшей школы биологических наук Ирелла и Манеллы, Калифорния.

Жизнь и смерть традиционно рассматриваются как противоположности. Но появление новых многоклеточных форм жизни из клеток мёртвого организма вводит понятие о «третьем состоянии», которое лежит за традиционными границами живой и неживой природы.

Обычно учёные рассматривают смерть как необратимую остановку функционирования организма в целом. Однако разнообразная практика донорства доказывает, что органы, ткани и клетки могут продолжать свою отдельную жизнь даже после гибели бывшего владельца. Такая устойчивость поднимает вопрос: какие механизмы позволяют клеткам продолжать работать после смерти всего целостного организма?

Нобл и Пожитков доказали, что определённые клетки способны трансформироваться в многоклеточные организмы с новыми функциями. Естественно, если их обеспечить питательными веществами, кислородом и прочими необходимыми условиями.

«Третье состояние» бросает вызов тому, как учёные обычно понимают поведение клеток. Отмечается, что органоиды и клеточные линии, которые могут неограниченно делиться в чашке Петри, нельзя считать частью «третьего состояния», потому что у них не развиваются новые функции.

Исследователи обнаружили, что клетки кожи умерших лягушачьих головастиков смогли адаптироваться к новым условиям в пробирке, самостоятельно сплачиваясь в многоклеточные организмы, называемые ксеноботами. Новые организмы демонстрировали поведение далеко за рамками их первоначальных биологических ролей. В частности, ксеноботы используют свои реснички — маленькие, похожие на волоски структуры — для навигации и перемещения в окружающей среде. Напротив, у живого эмбриона лягушки реснички обычно используются лишь для того, чтобы отпихивать слизь.

Ксеноботы могут самостоятельно передвигаться, выздоравливать после травм и взаимодействовать с окружающей средой. Они также способны к кинематическому самовоспроизведению, то есть могут физически воспроизводить свою структуру и функции без роста. Это отличается от более распространённых процессов самовоспроизводства, которые включают рост внутри организма или на его поверхности.

Исследователи также обнаружили, что одиночные клетки лёгких человека могут самоорганизовываться в миниатюрные многоклеточные организмы, которые способны передвигаться. Эти так называемые антропботы ведут себя по-новому и имеют новую структуру. Они не только способны ориентироваться в окружающей среде, но и восстанавливают себя, как и повреждённые нейронные клетки, расположенные поблизости.

В совокупности результаты исследования демонстрируют присущую клеточным системам пластичность и бросают вызов идее о том, что клетки и организмы могут эволюционировать только определёнными путями. «Третье состояние» предполагает, что смерть организма может играть значительную роль в том, как жизнь трансформируется с течением времени.

Несколько факторов влияют на то, смогут ли определённые клетки и ткани выжить и функционировать после смерти организма: условия окружающей среды, метаболическая активность (возможность обмена веществ) и методы сохранения.

Разные типы клеток имеют разное время выживания. Например, у людей лейкоциты умирают между 60 и 86 часами после смерти организма. У мышей клетки скелетных мышц могут отрастать через 14 дней после смерти. А клетки фибробластов (соединительной ткани организма) овец и коз можно выращивать примерно в течение месяца после смерти самого животного.

Метаболическая активность играет важную роль в том, могут ли клетки продолжать выживать и функционировать. Активные клетки, которым требуется непрерывный и значительный приток энергии для поддержания функций, сложнее культивировать, чем клетки с более низкими энергетическими потребностями. Методы консервации, такие как криоконсервация (заморозка), могут позволить образцам тканей, например, костного мозга, функционировать аналогично тканям живых доноров.

Врождённые механизмы выживания также играют важнейшую роль в том, продолжают ли жить клетки и ткани. Например, исследователи наблюдали значительное повышение активности генов, связанных со стрессом, и генов, связанных с иммунитетом, после смерти организма. Более того, существенно влияют на жизнеспособность тканей и клеток травмы, инфекции и время, прошедшее с момента смерти.

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 во внешние мембраны клеток, служат сложными электрическими цепями. Эти каналы и насосы генерируют электрические сигналы, которые позволяют клеткам общаться друг с другом и выполнять определённые функции, такие как рост и движение.

«Третье состояние» не только позволяет по-новому взглянуть на живучесть клеток, но также открывает перспективы для новых методов лечения. Например, антропботы могут быть получены из живой ткани человека для последующей доставки лекарств в его же организм, не вызывая «протеста» у иммунитета. Искусственно созданные антропботы, вводимые в организм, потенциально могут растворять артериальные бляшки у пациентов с атеросклерозом и так далее.

Понимание того, как некоторые клетки посмертно выживают и превращаются в многоклеточные образования, перспективно для развития медицины, которая была бы индивидуальной для каждого отдельного пациента.

Исследование даёт ещё одну надежду, что однажды биороботы на основе сделанного открытия будут доставлять лекарства точно в нужное место.