Микроб, не знающий старения

Дрожжи S. pombe — один из самых изученных микроорганизмов в мире. Впервые выделенные из восточноафриканского просяного пива более века назад, они последние шестьдесят лет служат модельным организмом в молекулярной и клеточной биологии. И всё же учёные только что обнаружили, возможно, их самую поразительную черту — в благоприятных условиях они не стареют.

Большинство одноклеточных организмов стареют. При делении надвое одна дочерняя клетка обычно получает старые, дефектные компоненты, а другая — новые.

Но S. pombe использует другую стратегию. В исследовании, недавно опубликованном в Current Biology, команда учёных показала, что в отсутствие стресса дрожжи делятся, равномерно распределяя повреждения между дочерними клетками. В каком-то смысле обе «омолаживаются», поскольку получают меньше повреждений, чем материнская клетка.

«Мы впервые показали, что существует микроб, не подверженный старению», — говорит ведущий исследователь Ива Толич-Нёррелюкке из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка (Германия).

«Я думаю, это самая простая стратегия, — добавляет первый автор статьи Мигель Коэлью, ныне постдок в Гарвардском университете. — Если клетка растёт и делится достаточно быстро, повреждения разбавляются при каждом делении. И при условии, что общий объём повреждений не преодолевает определённый порог смерти, клетки теоретически могут делиться бесконечно».

Известно, что S. pombe размножается симметрично, делясь на две клетки одинаковой формы и размера. Поэтому некоторые исследователи предполагали, что у них может не быть материнской клетки и обе дочерние могут быть одинаково молоды. Для сравнения, дрожжи S. cerevisiae делятся асимметрично, производя крупную стареющую материнскую клетку и меньшую, полностью омоложенную, дочернюю. Однако некоторые работы показывали, что даже при симметричном делении повреждения внутри могут распределяться неравномерно, и клетки стареют.

«Но эти исследования проводились на одиночных клетках, — говорит Коэлью. — А чтобы показать старение, нужно наблюдать за ними в контексте всей колонии на протяжении многих поколений».

Именно это и сделала команда. «Мы отслеживали клетки до 50 поколений и измеряли время их деления», — говорит Толич-Нёррелюкке. Стареющие клетки делятся всё медленнее. «Результаты были поразительными: клетки не замедляли деление даже после десятков поколений, что указывало на отсутствие старения».

Затем учёные заглянули внутрь клеток, пометив флуоресцентным маркером белковые агрегаты — наиболее консервативную форму возрастных повреждений. Они увидели, что в благоприятных условиях белковые агрегаты разбавлялись и поровну распределялись между двумя дочерними клетками. Однако в условиях стресса клетки действительно делили повреждения неравномерно, производя стареющую материнскую и более молодую дочернюю клетку.

В некоторых типах клеток млекопитающих старение связано с длиной теломер — участков ДНК, которые укорачиваются с каждым делением. Но клетки S. pombe, как и стволовые или раковые клетки, обладают ферментом теломеразой, который восстанавливает длину теломер, когда они становятся слишком короткими. Поэтому для изучения старения у дрожжей исследователи фокусируются на возрастных повреждениях, таких как белковые агрегаты, а не на длине теломер.

Результаты этого исследования, однако, не означают, что клетки без стресса бессмертны. «Некоторые клетки всё же умирали, — объясняет Толич-Нёррелюкке, — но это не было следствием старения — не наблюдалось увеличения времени деления перед смертью. Мы называем такие события "катастрофической смертью". Причины, вероятно, в случайных мутациях и других случайных событиях».

Есть и важная оговорка: то, что исследователи не увидели признаков старения, не означает, что его нет. «Доказать отсутствие чего-либо очень сложно, — говорит Эрик Стюарт, микробиолог из Северо-Восточного университета, не участвовавший в исследовании. — Их выводы определённо интересны. И они действительно пытались изучить как можно больше факторов старения. Но никогда не знаешь, правильный ли маркер ты выбрал».

S. pombe может быть не единственным микробом, не подверженным старению, считает Коэлью. «Я не думаю, что это что-то уникальное для дрожжей деления, — объясняет он. — Некоторые исследования показали, что другие симметрично делящиеся организмы, например E. coli, стареют. Но это может зависеть от условий роста».

Далее исследователи планируют сравнить стратегии, используемые разными видами микробов. Коэлью уже изучает, как повреждения обрабатываются и распределяются внутри клетки. Эти результаты будут опубликованы в начале следующего года. S. pombe также может служить модельным организмом для других нестареющих типов клеток — таких как половые клетки, стволовые клетки и раковые клетки.