Нобелевская премия японский ученый голодание

Аутофагия и голодание: за что дали Нобелевскую премию японскому микробиологу

3 октября 2016 года в Стокгольме Нобелевским комитетом был объявлен лауреат премии в номинации по физиологии и медицине. Им оказался Ёсинори Осуми — японский микробиолог, подробно описавший механизм аутофагии клеток живых организмов. Не сказать, что это стало сногсшибательным ноу-хау, ведь данный процесс был открыт ещё в 60-х гг. XX века. Однако талантливому профессору удалось раскрыть его с новой стороны, и одна из самых престижных международных наград оказалась в его руках.

Мало какие научные достижения, за которые ежегодно вручается Нобелевская премия, оказываются достоянием широкой публики. В большинстве своём они интересны лишь узкому кругу знающих и просвещённых. Однако открытие японского учёного с тех пор стало невероятно популярным.

Сегодня о нём говорят не только диетологи, медики и биологи, но и те рядовые граждане, которые ведут здоровый образ жизни, регулярно занимаются чисткой организма, стараются похудеть или являются приверженцами оздоравливающей системы голодания. Оказывается, механизмы клеточной аутофагии в жизни не только людей, но и всех живых существ играют важную роль.

О талантливом учёном

Ёсинори Осуми (родился в 1945 году) — японский учёный, микробиолог, профессор, доктор наук, преподаватель Токийского технологического института, член Европейской Организации Молекулярной Биологии.

Японский учёный, молекулярный биолог Ёсинори Осуми

Начиная с 80-х гг. XX века, занимался изучением исключительно процесса аутофагии. Он был открыт задолго до него, ещё в 60-е гг., но о его роли в организме и важности для человеческой жизни никто даже не подозревал. И только Ёсинори Осуми удалось выяснить в начале 90-х годов, насколько он значим для каждого живого существа на планете.

Задолго до Нобелевской премии японского микробиолога неоднократно награждали за его открытие. Вот некоторые из самых значительных наград:

• 2008 год — премия Асахи, «За точные молекулярные исследования аутофагии и внутриклеточной системы деструкции».
• 2015 — премия Розенстила, «В знак признания за новаторские открытия молекулярных и биологических функций аутофагии».
• 2016 — премия Поля Джанссена, «За открытие молекулярной основы аутофагии как универсального процесса самопереваривания клеток для получения энергии, спасающей жизнь во время голодания».
• 2016 — Нобелевская премия, «За открытие механизмов аутофагии».
• 2017 — премия за прорыв в медицине, «За исследование аутофагии и системы рециркуляции, которую клетки используют для получения питательных веществ из своих собственных несущественных или повреждённых компонентов».

Лишь в одной из формулировок вышеперечисленных премий упоминается голодание. Так почему все считают, что именно за него в 2016 году Ёсинори Осуми дали Нобелевскую премию? Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вникнуть в суть открытия.

Это интересно. В 1974 году Нобелевскую премию получил Кристиан де Дюв — учёный, открывший лизосомы. И он же незадолго до этого ввёл термин «аутофагия».

Аутофагия

Термин восходит к древнегреческому языку и переводится с него как «самопоедание». Он означает процесс ликвидации клетками собственных частиц, которые оказываются вредными, лишними, ненужными. Как уже было сказано, ещё в 60-е годы учёные сделали открытие, что он время от времени запускается, но почему, когда именно, с какой целью и какое это оказывает влияние на работу организма в целом, с тех пор так никто и не выяснил. И лишь спустя 20 лет Ёсинори Осуми взялся за его изучение вплотную.

Материалом для исследования стали дрожжи. Однако всё, что выяснил в ходе своих научных изысканий обладатель Нобелевской премии, относится ко всем живым клеткам, в том числе и человеческого организма. И вот какие открытия он сделал.

В течение жизни под влиянием различных факторов (питания, условий проживания, климата, вредных привычек) в организме накапливается мусор:

• токсины;
• дефектные белки;
• различные вредные вещества;
• омертвевшие частицы;
• инфекции, бактерии, вирусы;
• патологические, повреждённые ткани.

Оказывается, природа наделила клетки способностью самостоятельно избавляться от всего этого. Схематично и упрощённо, не вдаваясь в сложную биологическую терминологию, процесс аутофагии выглядит следующим образом:

Состояние стресса → Клетки распознают в своём составе инородные частицы → Атакуют их → Заключают их в аутофагосомы (похоже на то, как мы складируем мусор в пакеты) → Перемещают их в лизосомы (контейнеры) → Там разрушают и переваривают → Образовавшиеся продукты переработки используют для получения нужной энергии, собственного омоложения и регенерации, внутреннего питания

Результат превосходит все ожидания: мало того, что клетки очищаются от мусора, среди которого оказываются инфекции и вирусы, опасные для здоровья, они ещё и обновляются. Причём никаких внешних ресурсов для этого не требуется.

Как выяснил Ёсинори Осуми, если процессы аутофагии протекают в человеческом организме регулярно и без сбоев, это гарантирует:

• высокую продолжительность жизни;
• замедление процессов старения;
• крепкий иммунитет, отражающий атаки любых, даже самых опасных бактерий и вирусов;
• отличное самочувствие;
• физическую активность и высокие интеллектуальные способности;
• бесперебойную работу всех органов и систем.

А самое главное, что удалось выяснить Нобелевскому лауреату, нарушения в процессе аутофагии влекут за собой такие тяжёлые патологии, как рак, ДЦП, болезни Альцгеймера и Паркинсона, диабет и многие другие, с которыми современная медицина справиться не может. Получается, что, если клетки будут регулярно заниматься «самоедством», риск всех этих заболеваний сводится к нулю.

Собственно, за то, что японский учёный открыл миру истинную причину таких серьёзных патологий (нарушенную аутофагию) и в то же время приоткрыл завесу, как их лечить (наладить этот механизм), он и получил Нобелевскую премию. Остаётся выяснить, а при чём здесь всё-таки голодание?

Аутофагия и голодание

С помощью аутофагии можно продлить жизнь и излечиться от самых тяжёлых заболеваний. Автоматически этого не происходит потому, что запускается она крайне редко. Ёсинори Осуми выяснил, что клетки начинают переваривать свои патогенные части лишь в условиях сильного стресса. И одним из способов его создания является голодание.

Когда клетки получают питание извне (в процессе переваривания съедаемых человеком продуктов), им нет смысла выполнять дополнительную работу — распознавать свои повреждённые элементы и заниматься их утилизацией. Но, как только они в течение длительного времени не получают никакой внешней подпитки, они начинают искать выход из сложившейся ситуации. И единственным спасением становятся те самые лишние частицы, которые можно переработать и потребить, чтобы не погибнуть.

Получается, что, работая над аутофагией, японский учёный неожиданно для своих исследований доказал ещё и пользу голодания. Именно оно запускает этот процесс и, соответственно, гарантирует и долгую жизнь, и избавление чуть ли не от всех заболеваний.

Процесс клеточной аутофагии

Однако стоит сразу оговориться, что в своих исследованиях Ёсинори Осуми подробно описывает исключительно процесс аутофагии: как он запускается, как протекает, что на него влияет, какое значение он имеет для здоровья и жизни человека и иные нюансы. Он не предлагает авторскую систему голодания, как считают многие, подобно Николаеву, Щенникову или другим исследователям. Он лишь упомянул о том, что именно воздержание от еды создаёт условия стресса, при котором клетки начинают самоочищаться.

Поэтому нельзя утверждать, что Нобелевскую премию Ёсинори Осуми дали именно за голодание. Нет, он её получил за описание механизмов аутофагии. Но эти два понятия тесно взаимосвязаны, а простому человеку гораздо ближе первое — отсюда и пошло это разночтение.

Значение открытия Ёсинори Осуми

В связи с Нобелевской премией 2016 года в области физиологии и медицины интерес к процессам аутофагии вырос в несколько раз. Практически все современные исследования и труды о голодании ссылаются на открытие Ёсинори Осуми, обосновывая его невероятную пользу. Но здесь нужно уточнить некоторые моменты.

Часто можно услышать, что Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за однодневное голодание. С одной стороны, мы выяснили, что это косвенно ошибочное заявление. С другой, рациональное зерно в этой формулировке есть, и именно на него должны обратить внимание все те, кто планирует использовать открытие японского учёного в своих целях.

Как его можно использовать?

Кажется, схема максимально проста: запускаем процесс аутофагии с помощью лечебного голодания — и живём без болезней и старости много-много лет. Самые активные уже начали всё это претворять в жизнь: взяли за основу методики 40-дневного воздержания от пищи (системы Джигурды, Суворина) и постятся. Только вряд ли у кого-то получится пройти весь этот путь до конца и добиться желаемых результатов. В чём подвох?

Длительные голодания, предлагаемые большинством существующих методик (Войтовича, Николаева, Лавровой, Щенникова), не поддерживаются официальной медициной. Их польза не только не доказана научно, но и активно опровергается. Риск серьёзных нарушений в работе органов и даже летального исхода слишком высок, чтобы решаться на такое сомнительное оздоровление. Нобелевскую премию за это точно ещё никому не дали.

А вот краткосрочных периодических голоданий от 12 часов до 3 дней (не больше!) достаточно для того, чтобы запустить полный цикл процесса аутофагии и добиться желаемых результатов.

К сожалению, пока нет какой-то чёткой концепции или запатентованной методики лечебного голодания, которая бы основывалась конкретно на открытии Ёсинори Осуми. Каков оптимальный срок воздержания, как часто его практиковать, сколько воды можно пить, что разрешено, а что запрещено — все эти вопросы пока остаются открытыми и решаются каждым в индивидуальном порядке.

Те, кто регулярно практикует голодания, советуют брать именно однодневное, так как оно и переносится легче, и не вызывает сильного ухудшения самочувствия, и вполне вписывается в рамки выходного дня.

Кому подойдёт?

Аутофагия имеет важное значение для жизни и здоровья каждого человека. Все мы дышим загрязнённым воздухом, едим консерванты и красители и накапливаем в себе настоящие мусорные свалки. Справиться с ними могут и сами клетки, но им в этом нужно помочь. Поэтому абсолютно всем нужно время от времени устраивать краткосрочные голодания.

Но особенно полезными они окажутся для тех, кто:

• страдает от ожирения и лишнего веса (согласно исследованиям, именно жировые клетки накапливают в себе максимальное количество вредных веществ);
• попадает в группу риска по онкологии (из-за наследственного фактора);
• находится в солидном возрасте (после 50 лет это нужно делать регулярно, для профилактики Альцгеймера и Паркинсона);
• планирует в скором времени зачатие малыша (во избежание риска ДЦП).

Несмотря на то, что Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию вовсе не за лечебное голодание, как ошибочно считают многие, описанные им механизмы аутофагии тесно с ним связаны. Его открытие даёт надежду абсолютно всем людям на излечение заболеваний, перед которыми до сих пор бессильна современная медицина. Некоторые всерьёз считают, что при правильной реализации этого достижения вполне реально замедлить процессы старения и существенно увеличить продолжительность жизни.

Методика голодания Есинори Осуми: польза аутофагии для организма

Японский биолог Есинори Осуми в 2016 году получил Нобелевскую премию за объяснение аутофагии – механизма избавления клеток от всех старых клеточных компонентов, которые выполнили свою роль. Есинори Осуми выявил пользу этого процесса и условия, при которых он происходит.

Механизмы аутографии

Осуми в течение многих лет изучал взаимосвязь духовных практик и голодания. В процессе он доказал, что при нехватке питательных веществ клетки начинают самоуничтожение устаревших ресурсов. Это и называется аутофагией. Она является единственным способом обновления клеточных структур.

Термин «аутофагия» был введен в биологию еще в 1974 г. до открытия Есинори Осуми.

Его придумал Кристиан де Дюв, который также обнаружил аутофагосомы – «транспорт» для доставки клеточных структур к лизосомам. Суть исследований Есинори Осуми – в следующем:

1. Биолог проводил эксперимент на мутированных грибах, которые не имеют механизма разложения белка.
2. Аутография Есинори Осуми показала, что не видоизменялись только клетки, не получавшие питания. Грибы, находившиеся в условиях пищевой нехватки, стали накапливать в себе аутофагосомы и использовать уже имеющиеся у них ресурсы.
3. Открытие Есинори Осуми заключается в том, что клетки, не получающие питательных веществ, начинают «съедать» ненужные структуры внутри себя. В результате при голодании человек не чувствует голод.
4. Изучив процессы аутофагии подробнее, японский ученый доказал, что после прекращения доступа еды жировой слой постепенно уменьшается.

Что такое окно питания

Осуми продолжил свои исследования, в ходе которых изучал интервальное голодание и его влияние на мышцы. Им он устраивал «окна питания» – время, в течение которого человек ест. Например, если человек завтракает в 7 ч утра, то указанный период открывается к 8 ч. Если ужин попадает на 8–10 ч вечера, то окно растягивается на 12–14 ч.

Проведенные на животных исследования показали, что те особи, которые периодически голодали, чувствовали себя лучше, жили дольше и меньше болели по сравнению теми, кто питался по обычному режиму. Стоит отметить, что обе группы получали качественные продукты. Это значит, что маленькое окно питания более полезно для организма.

Его основные свойства:

• снижает риск рака груди;
• увеличивает защиту от ультрафиолета;
• снижает кровяное давление;
• улучшает качество сна;
• снижает риск заболевания сердца.

Схемы голодания

Обратите внимание, что система Есинора Осуми, или фастинг-диета, имеет несколько вариантов интервального голодания. Основные из них следующие:

Это восьмичасовое пищевое окно, или трехразовая система. Данная схема циклического голодания самая распространенная. Суть – на протяжении дня 16 ч нужно воздерживаться от еды, а в оставшиеся 8 организовывать приемы пищи. Оптимальный вариант:

• 8 ч – завтрак;
• 12 ч – обед;
• 16 ч – ужин.

Можно выбрать и другой вариант, главное, чтобы между крайними приемами пищи был интервал 8 ч. Схему разрешено соблюдать ежедневно.

Десятичасовое пищевое окно – самая щадящая схема голодания. Приемы пищи должны организовываться в течение 10 ч:

• 8 ч – завтрак;
• 11 ч – ланч;
• 14 ч – обед;
• 16 ч – полдник;
• 18 ч – ужин.

Четырехчасовое пищевое окно:

• в 8 или 12 ч – первый калорийный прием пищи;
• В 14 или 16 ч – второй калорийный прием пищи.

Это суточное голодание от одного любого приема пищи до другого, например, от завтрака до завтрака следующего дня. Допускается проводить 1-2 раза еженедельно.

Схема «через сутки», суть которой – в голодании на протяжении 36 ч. Методика предполагает завтрак в 8 ч утра и отказ от еды до 20 ч следующего дня.

На протяжении 5 дней нужно полноценно питаться, а 2 выходных – поститься или употреблять не более 500 ккал.

Правила интервальных голодовок

Обратите внимание, что пока вы не привыкнете к голоду, допускается пить зеленый либо слабо заваренный черный чай без добавок. Желание что-нибудь съесть будет волнообразным. Как только человек выпивает воды, голод уходит на несколько часов. Другие правила методики интервального голодания:

• Во время голодания отслеживайте собственные ощущения.
• Заручитесь поддержкой близких.
• Пейте много воды как во время воздержания, так и в период пищевого окна.
• Выходите с голодания постепенно – не переедайте на следующий день после окончания методики.
• Не делайте выводы ранее, чем через месяц регулярного соблюдения правил.
• Не давайте себе думать о голоде, занимайтесь делами.

Противопоказания

Голодание, даже краткосрочное, разрешено не всем категориям пациентов. Перед началом соблюдения методики нужно изучить ее ограничения. К абсолютным противопоказаниям относятся:

• лактация;
• рахит;
• истощение;
• анорексия;
• пониженный показатель ИМТ;
• открытая форма туберкулеза;
• нарушения работы почек и печени;
• возраст менее 18 лет;
• тиреотоксикоз;
• беременность;
• онкология;
• заболевания сердца и сосудов.

Методика голодания Есинори Осуми имеет и относительные противопоказания. При них требуется отдельная консультация врача. К подобным ограничениям относят:

• подагру;
• сахарный диабет;
• регулярный прием лекарств, включая оральные контрацептивы.

Видео

Японский ученый объяснил, как голодание продлевает молодость, и получил Нобелевскую премию за свою работу

Ребята, мы вкладываем душу в AdMe.ru. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

В 2016 году японский ученый Есинори Осуми был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за изучение процессов аутофагии у пищевых дрожжей. В ходе исследований было установлено, что периоды голодания положительно сказываются на обновлении клеток и помогают замедлить процессы старения.

Мы в AdMe.ru разобрались, в чем суть «самопоедания» клеток и почему работа Есинори является первым серьезным доказательством давно известного «чуда голодания».

1. Клетки могут «поедать» себя сами?

Да. Процесс утилизации и переработки ненужных частей клетки называется аутофагией. Термин, давший название процессу, образован из двух греческих слов, которые вместе переводятся как «самопоедание». С помощью аутофагии клетки избавляются от ненужных органелл, а организм в целом — от погибших или поврежденных клеток; в дальнейшем отработавшие свой срок клетки будут использованы для строительства новых.

С момента открытия этой способности клеток прошло уже более 60 лет, и лишь недавно Есинори Осуми, исследуя аутофагию у пищевых дрожжей, смог определить набор генов, за нее отвечающих. Оказалось, что такие же гены есть не только у дрожжей, но и у большинства живых организмов, в том числе у человека.

2. В чем польза от «самопоедания»?

В целом аутофагия отвечает за способность организма к обновлению, борьбу с инфекциями и вывод токсинов. С нарушениями процессов аутофагии связывают различные заболевания, в том числе рак, диабет II типа и болезнь Альцгеймера. Известно, что при попадании инфекции клетка пытается «переварить» бактерии, используя те же самые механизмы и белки, с помощью которых обновляется сама.

Повлияв на процессы аутофагии в раковых клетках, вероятно, можно добиться того, чтобы организм принимал их за поврежденные и уничтожал собственными силами без использования химиотерапии. Не будет лишним ускорить процессы обновления клеток и у пожилых людей для борьбы с негативными последствиями старения.

3. Как голодание влияет на «самопоедание» клеток?

В периоды отказа от пищи уровень глюкозы в крови падает, а значит, снижается и выработка инсулина, отвечающего за ее транспортировку к тканям. Для организма человека это значит, что поступление питательных веществ прекратилось и необходимо переключиться в режим выживания — начинается выработка глюкагона. Основная функция этого гормона — стимуляция аутофагии.

Это защитная реакция организма по переработке «отслуживших свой срок» клеток для получения питательных веществ «изнутри».

4. Знали ли мы об этом раньше?

Положительный эффект от голодания известен давно. В Библии описаны случаи 40-дневного голодания Иисуса и Моисея. В религии древнего Ирана требовалось воздержаться от приемов пищи в течение 50 дней, а современный ислам содержит ограничения на время священного месяца Рамадана.

Геродот писал, что египтяне применяли для систематического оздоровления голодание в течение 3 дней в месяц. Сократ и Платон, Байрон, Вольтер, Линней, Мильтон, Монтень, Ньютон, Руссо, Лев Толстой — все они также практировали регулярный отказ от пищи.

5. При отказе от еды замедляется метаболизм и теряется мышечная масса?

Действительно, при длительном отказе от еды метаболизм замедляется. В случае отказа от еды в течение 12–72 часов метаболизм, наоборот, ускоряется. Это связано с выработкой стрессового гормона норадреналина, отвечающего за чувство голода.

То же самое верно и для потери мышечной массы. Исследования говорят, что при краткоскрочном голодании для получения энергии из жировой массы повышается уровень гормона роста. Две другие его функции, анаболическая и антикатаболическая, как раз и призваны не допустить разрушения мышечной массы.

6. Так как все-таки голодать?

Разумеется, очень осторожно. И только после консультации с врачом. В среднем, чтобы сжечь все углеводы, съеденные в течение дня и сохраненные в виде гликогена, необходимо 8–12 часов. Лишь после этого в организме запустятся процессы аутофагии. Это значит, что любое голодание должно длиться не менее 12 часов.

Голоданием свыше 3 дней можно нанести существенный вред организму, ведь во время отказа от еды клетки не получают необходимый набор микроэлементов, что может вызвать ослабление иммунитета и нарушение работы внутренних органов.

7. Какие диеты уже включают в себя периодическое голодание?

Самая знаменитая диета называется просто «5/2». Эту систему питания придумал британский журналист Майкл Мосли, а в 2012 году вышел его фильм, посвященный исследованиям по ограничению калорийности. В рамках диеты 5 дней в неделю питание проходит в обычном режиме, а в течение 2 дней калорийность рациона ограничивается до 500 ккал для женщин и 600 ккал для мужчин, которые необходимо употребить не более чем за 2 приема.

Мартин Берхан, журналист, тренер, бодибилдер, предложил схему питания «16/8», в которой необходимо соблюдать период голода в течение 16 часов и несколько раз в неделю тренироваться натощак. Похожих принципов придерживается и Ори Хофмеклер в своей диете «20/4», где на прием пищи отводится всего 4 часа. В течение всего остального времени следует ограничиться свежевыжатым соком и перекусами из орехов и сухофруктов.

А что вы думаете по поводу отказа от еды? Можно ли аутофагию считать спасением от всех болезней или это очередная модная привычка?

Мы ни в коем случае не призываем к тому, чтобы пользоваться приведенными методами. Информация предоставлена исключительно в ознакомительных целях.

Аутофагия: за что дали Нобелевскую премию по медицине в 2016 году?

Фото: © AFP PHOTO/JONATHAN NACKSTRAND/EA

3 октября Нобелевский комитет объявил лауреата премии по физиологии и медицине. Им стал японец Ёсинори Осуми. Формулировка премии звучит так: «За открытие механизмов аутофагии». Что такое аутофагия? Чем она важна с практической точки зрения? Как аутофагия связана с голоданием и потерей массы? Почему она помогает раковым опухолям выжить? И, наконец, почему лауреатом стал один человек, а не несколько, как обычно? Объясняет журналист и биолог Светлана Ястребова.

Профессор Токийского технологического института Ёсинори Осуми был на своём рабочем месте в лаборатории, когда ему позвонили из Нобелевского комитета с неожиданным известием: он стал лауреатом премии по физиологии и медицине в 2016 году. 71-летний японец по-прежнему активно работает над темой аутофагии, за изучение которой он и удостоился высшей научной награды.

Клеточная свалка

Аутофагия находится в центре научных интересов Осуми уже 27 лет. В конце 1980-х, когда он только начал свои работы по этой теме, было известно, что клетки каким-то образом избавляются от своих структур и отдельных молекул, ставших вдруг ненужными. Впрочем, было бы странно, если бы это было не так: все организмы способны удалять отходы жизнедеятельности.

Уже давно учёные знали, что в клетках находятся специальные органоиды под названием лизосомы. В них неоднократно обнаруживали полуразрушенные фрагменты других клеточных структур. Да и сам термин «аутофагия» предложили ещё задолго до работ Осуми. Это слово в 1963 году придумал Кристиан де Дюв — учёный, который и сам стал лауреатом Нобелевки по физиологии в 1974-м за открытие лизосом.

Кроме лизосом, биологи обнаружили аутофагосомы – «тележки» для подвоза фрагментов клетки к лизосомам. Когда какой-то компонент клетки становится ненужным, его окружает специальная мембрана, и получается пузырёк с органоидом (или его частью) внутри. Этот пузырёк подходит к лизосоме и сливается с ней. Там «мусорный» фрагмент клетки находит свой последний приют — особые ферменты расщепляют его на простые составляющие.

Долгое время лизосомы считали чем-то вроде «свалки» для всех ненужных структур клетки. Правда, такая точка зрения не давала ответа на вопрос: как клетка обновляет себя? Почему «свалка» не вырастает в размерах в десятки и сотни раз за всю долгую жизнь таких клеток, как, например, нейроны? И раз такие вопросы возникали, было логичным предположить, что клетки (в отличие от большинства людей) не зависят на сто процентов от внешних источников пищи и используют имеющиеся внутренние ресурсы по нескольку раз. Чтобы выяснить, как именно это происходит, нужно было отыскать вещества, запускающие и поддерживающие реакции переработки вышедших из строя органоидов и молекул.

Фото: © Kyodo/FOTOLINK/AP/EA

Поэтому через несколько лет после обнаружения лизосом, в 1980-х, исследователи переключили своё внимание на заново открытые органоиды — протеасомы. Как следует из их названия, они имеют дело с протеинами — а попросту, с белками. Оказалось, что «путёвкой» в протеасому для белка служит «чёрная метка» — молекула убиквитина. Такой меченый белок попадает в протеасому и разлагается там за счёт ферментов-протеаз на аминокислоты. Затем эти аминокислоты клетка использует для построения других белков. В день человеку нужно 200—300 граммов протеина, но с пищей поступает только около 70. Остальное клетки получают, перерабатывая ненужные белки в протеасомах.

Изучение протеасом тем не менее не дало ответа на вопрос, как клетка перерабатывает фрагменты крупнее, чем отдельные молекулы белков. Что в лизосомах перерабатывает большие куски органоидов? Об этом до работ Ёсинори Осуми никто не знал.

Волшебные грибы

Осуми выбрал в качестве объекта для экспериментов дрожжи — одноклеточные грибы, которые быстро размножаются бесполым путём. Наблюдать за их ростом и развитием довольно легко, если иметь обычный световой микроскоп. С одной стороны, дрожжи — простые организмы, и все их клетки имеют более-менее одинаковую структуру. С другой, они, как и у всех грибов, по строению достаточно близки к животным, а значит, и к человеческим. В клетках грибов, как и в наших собственных, есть ядро, митохондрии (органоиды для выработки энергии), есть аппарат для производства белков и аппарат для их деградации (протеасомы). Есть у дрожжей и аналог лизосом животных — вакуоли. Они достаточно крупные, чтобы за их изменениями можно было наблюдать в микроскоп.

Когда Осуми начинал эксперименты с дрожжами, учёные уже умели отделять одни компоненты клеток от других с помощью очень быстро вращающихся центрифуг. Поэтому Ёсинори смог определить, какие ферменты, разлагающие белки, находятся в вакуолях клеток дрожжей. Каждый фермент кодируется собственным геном, благодаря чему стало ясно, за какими генами нужно «следить», чтобы определить роль каждого из ферментов вакуолей.

Осуми выводил дрожжей-мутантов, в клетках которых не работал тот или иной ген фермента для разложения белков (а в некоторых и весь механизм разложения белков был «отключён»). Раз в несколько часов учёный фотографировал «подопытные» клетки под микроскопом. В зависимости от условий, в которых находились дрожжи, результат был разным. Если клетки получали достаточно пищи, визуально они не слишком менялись. Зато, когда дрожжи росли на малопитательных средах, в их вакуолях быстро накапливались фрагменты клетки, окружённые мембранами. Это и были аутофагосомы.

Тот факт, что фрагменты клеток особенно быстро накапливаются в «голодающих» клетках, подтвердил предположение, что аутофагия помогает клетке заново использовать уже имеющиеся ресурсы в отсутствие притока новых (голоде). Кстати, при нехватке пищи первым делом аутофагии подвергаются белки. Это одна из главных причин, по которой голодание не приводит к моментальной и значительной потере жира.

От дрожжей к людям

Исследования грибов с мутантными генами позволили определить, какие именно гены отвечают за образование аутофагосом и их слияние с лизосомами. Их оказалось всего 15. Впрочем, механизмы аутофагии у дрожжей могли отличаться от «животных». Поэтому, чтобы выявить структуру процесса аутофагии в клетках других организмов, потребовались дополнительные исследования. Эти эксперименты выявили, что механизмы аутофагии у животных и грибов мало отличаются. В принципе, это не слишком удивительно: процесс «самопоедания» — свойство практически всех клеток, поэтому велики шансы, что он имел место и у древнейших общих предков животных, грибов и представителей других царств живого.

Научные статьи Осуми, вышедшие в 1992—1993 годах, запустили шквал интереса к теме аутофагии, хотя и с небольшой задержкой. Количество работ об аутофагии, выходящих ежегодно, за последние 20 лет выросло в пару сотен раз.

Тем не менее на первый взгляд не очень понятно, почему исследования японского профессора должны представлять большой интерес для Нобелевского комитета. Как тонкие процессы в клетках каких-то грибов могут повлиять на судьбу человечества?

А вот как. Аутофагия — это единственный процесс, за счёт которого клетка обновляется «по-крупному». Протеасомы со своими убиквитиновыми метками разрушают только белки, и то не все, а лишь те, которым и так на роду написана короткая жизнь. В аутофагосомы попадают большие фрагменты клеток, содержащие в себе не только белки, но и липиды, и нуклеиновые кислоты, и другие вещества. Когда ферменты лизосом, слившихся с аутофагосомами, переводят эти вещества в более доступную форму, клетка получает дополнительное питание.

Да, «самопоедание» имеет множество ограничений (нельзя есть себя непрерывно), но это лучше, чем ничего. Именно оно позволяет большинству тканей организма пережить недостаток ресурсов. Например, для раковых клеток аутофагия оказалась отличным оружием в борьбе за выживание. Даже если организм по каким-то причинам не снабжает опухоль питательными веществами, она не погибает — именно потому, что её клетки используют собственные энергетические запасы, опираясь на процессы аутофагии. Таким образом, остановив эти процессы, можно истощить ресурсы «осаждаемой» опухоли и остановить её развитие, а то и вовсе убить часть её клеток.

Впрочем, совсем останавливать процессы аутофагии в здоровых клетках не стоит. Ведь с их помощью клетки избавляются от своих потенциально опасных компонентов. Если какие-то органоиды работают не так, как надо, или какие-то молекулы белков имеют неправильную структуру, аутофагосомы уничтожают их. В большинстве случаев это хорошо, особенно для долгоживущих клеток. В частности, при нейродегенеративных заболеваниях в нервных клетках накапливаются неверно сложенные протеины, такие как альфа-синуклеин (при болезни Паркинсона), бета-амилоид (при болезни Альцгеймера) или хантингтин (при хорее Гентингтона). Это происходит именно потому, что аутофагосомы и лизосомы не успевают разлагать эти белки.

Для аутофагии не принципиально, какие белки разрушать — образованные в самой клетке или за её пределами. А это значит, что с её помощью можно избавиться и от вирусов и бактерий, попадающих в клетки и вызывающих различные болезни. Показано, что возбудители вирусных и бактериальных заболеваний в ходе эволюции вырабатывают сложные механизмы защиты, чтобы не попадаться под горячую руку аутофагосом или остановить их действие. Вообще аутофагия важна для множества процессов в иммунной системе, начиная от воспаления и заканчивая защитой от вирусов и бактерий.

Наконец, аутофагия полезна и в том случае, когда строение клетки нужно быстро и часто перестраивать. Такая потребность возникает при эмбриональном развитии. Изменения, которые происходят в тканях зародыша, развиваются стремительно именно за счёт активной аутофагии. Одни части клетки, которые выполнили свою функцию, разлагаются на составные элементы, и из них строятся новые, «более актуальные» органоиды. Нарушение процессов аутофагии у эмбрионов приводят к тому, что их развитие существенно замедляется.

Одинокий самурай

С 2011 года и до настоящего момента Нобелевская премия по физиологии и медицине ни разу не доставалась одному человеку. Всегда находилось несколько исследователей, чьи научные интересы лежали в одной области. А в случае Ёсинори Осуми это оказалось не так. Почему?

Вряд ли мы сможем в скором времени узнать точный ответ на этот вопрос: личности номинантов и людей, выдвинувших их кандидатуры в 2016 году, будут хранить в секрете ближайшие 50 лет. Но одно можно сказать точно: когда Осуми начинал свои исследования аутофагии, ею не интересовался почти никто. Однако все крупные учёные, которые внесли свой вклад в обнаружение лизосом, аутофагосом и исследование их функций, в 1990-х уже имели награды от Нобелевского комитета.

Осуми в своей научной карьере сделал ставку на малоизученную непопулярную тему и не проиграл. Правда, по признанию лауреата, он не ставил себе целью получить престижную премию. В одном из недавних интервью он отметил: «Не все молодые специалисты достигнут успеха в науке, но попытаться точно стоит». Как мы видим, его попытка оказалась успешной.