Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать - Алексей Аркадьевич Макарушин

«видеть» возбудителей инфекций как мишени воздействия, Пауль Эрлих – лить «серебряные пули» против них. За 30 лет «золотого» века бактериологии (1870–1900) врачи научились прямо или косвенно выявлять множество возбудителей бактериальных инфекций, включая чуму, туберкулез и холеру, но возбудитель сифилиса долгое время никак не поддавался, не давал обнаружить себя тем или иным объективным способом.

Перелом наступил в 1905 году. Сначала Фриц Шаудин и Эрих Гофман, получив четкий циркуляр германского Имперского министерства здравоохранения найти возбудителя сифилиса, всего за 3 недели методичных работ в берлинской клинике Шарите идентифицировали в этом качестве тонкие извитые микроорганизмы. Возбудителя назвали бледной спирохетой (сейчас бледная трепонема, Treponema pallidum). Метод обнаружения, однако, оказался ненадежным и не всегда применимым. Август Вассерман и Альберт Нейсман из соседнего Института Роберта Коха пошли другим путем. Недавние прорывные работы бельгийских ученых Жюля Борде и Октава Жангу в Пастеровском институте в Париже позволяли выявлять присутствие возбудителей в организме в настоящем или прошедшем времени по наличию специфических антител, обнаружить которые часто оказывается значительно легче, чем самого возбудителя. Разработанная ими реакция связывания комплемента (РСК)[17] представляла универсальную аналитическую платформу, позволяющую на основе стандартизированного набора компонентов создавать методы обнаружения самых разнообразных антител или антигенов. Для обнаружения искомых антител вопрос состоял лишь в получении необходимого количества достаточно чистых антигенов в нужной концентрации.

Август Вассерман вполне логично для своего времени предположил, что наибольшая концентрация возбудителей должна быть в органах при врожденном сифилисе, и в вытяжке из этих органов будет достаточно много необходимого антигена. Так оно и оказалось: вытяжка весьма хитроумным способом из печени погибшего от врожденного сифилиса плода давала в присутствии лецитина и холестерина хорошую положительную реакцию с сыворотками крови больных с клинически установленным диагнозом. Скоро, однако, выяснилось, что аналогичная вытяжка и из печени непораженных дает не менее уверенные результаты. А еще лучшие результаты давала вытяжка из сердца, особенно бычьего. Карл Ландштайнер, будущий лауреат Нобелевской премии за открытие групп крови, усовершенствовал оба направления диагностики сифилиса: уже в 1906 году он улучшил метод обнаружения трепонем в образцах, внедрив темнопольную микроскопию, а спустя несколько лет показал, что иммунологическую реакцию в РСК дает не белковая, как для большинства антигенов, а липидная фракция сердечной вытяжки. В итоге реагирующую в реакции Вассермана субстанцию назвали «кардиолипин». Только в 40-е годы удалось выяснить, что по химическому составу кардиолипин является фосфолипидом – дифосфатидилглицеролом. Несмотря на ошибочность исходных положений, положенных в ее разработку, реакция Вассермана долгое время оставалась основным лабораторным подтверждением сифилиса, в том числе и в сомнительных случаях.

Но уже в 1909 году поступило первое сообщение о безусловно положительной реакции Вассермана (пресловутые «четыре креста») при полном отсутствии соответствующей клиники и анамнеза. Скоро выяснилось, что оригинальная реакция Вассермана дает множество ложноположительных реакций – как при других инфекционных и неинфекционных заболеваниях, и даже в отсутствие какой-либо диагностированной болезни, например в некоторых случаях при беременности. Особенно высокий титр антикардиолипиновых антител обнаруживается при некоторых вариантах системной красной волчанки, позднее идентифицированных как антифосфолипидный сидром (АФС). Нельзя сказать, что и сейчас вполне понятно, почему вообще образуются антикардиолипиновые антитела. При инфекциях, таких как сифилис, туберкулез или малярия, эти антитела не направлены против каких-либо антигенов возбудителя, хотя некоторые из них, та же Treponema pallidum, содержат в своем составе некоторое количество кардиолипина, но в совершенно неиммуногенной форме (Gao K. et al., 2018). Предполагается, что даже при инфекционных заболеваниях антитела к кардиолипину – это скорее проявление аутоиммунной реакции против собственных пораженных инфекцией тканей.

Странный липид

При пристальном рассмотрении можно понять, что и сам кардиолипин – не совсем обычный липид в составе эукариотического организма. Во-первых, он один из немногих клеточных липидов, способных образовывать истинные полимерные структуры. Во-вторых, эволюционно он имеет определенно бактериальное происхождение. Кардиолипин не обнаруживается у архей, но является нормальным, хотя и минорным компонентом липидных мембран у большинства бактерий. Поэтому вполне ожидаемо, что и в эукариотической клетке основная масса кардиолипина находится во внутренней мембране митохондрий. В ней кардиолипин составляет до 20 % липидов, что гораздо больше его содержания в наружных мембранах обычных бактерий. Однако высокое содержание кардиолипина наблюдается и в недавно открытых внутриклеточных цитоплазматических мембранах бактерий (ВЦМ, Intra Cellular Membranes, ICM), которые вполне могут быть соотнесены с внутренними мембранами/ криптами митохондрий (Carranza G. et al., 2017).

Богатые кардиолипином ВЦМ образуются при гиперпродукции ключевых ферментов энергетического метаболизма клетки, включая субъединицу b АТФ-азы (Arechaga I. et al., 2000). Из-за того, что кардиолипин является анионным фосфолипидом, он способен работать как протонная ловушка. Кроме того, он обладает сравнительно маленькой гидрофильной «головкой» при довольно крупных гидрофобных «хвостах», то есть имеет не цилиндрическую, а конусообразную форму, что оказывается критически важным для формирования энергетически активных мембранных доменов в митохондриях и бактериях (Mileykovskaya E. and Dowhan W., 2009). В связи с этим вполне понятно, почему кардиолипин обнаруживается преимущественно в липидных мембранах, связанных с переносом энергии. Благодаря склонности кардиолипина взаимодействовать с мембранными белками и дестабилизировать классический двойной липидный слой мембран делается возможным как быстрое слияние, так и расщепление бактериальных и митохондриальных нитей, что играет ключевую роль в регулировании уровня энергетического метаболизма (переход митохондрий из формы орзо в спагетти и обратно).

Важное отличие бактериального метаболизма кардиолипина от митохондриального заключается в том, что в митохондриях содержание кардиолипина всегда находится на приблизительно одном и том же уровне, а в бактериях изменяется в зависимости от физиологического статуса бактерии: существенно нарастает в фазу стационарного роста, при осмотическом стрессе или нехватке энергии (Schlam M., 2008; Romantsov T., Guan Z. and Wood J. M., 2009).

В многоклеточных организмах на молекулу митохондриального кардиолипина в конце концов часто замыкается решение вопросов клеточной жизни и смерти. Как мы помним, в митохондриях в явной форме воплощены наиболее общие принципы мембранной энергетики, восходящие к самым древним протоклеточным мембранным энергетическим структурам. Поэтому неудивительно, что область научных интересов, например замечательного германо-российского ученого Армена Мулкиджаняна, помимо протобиологической мембранной энергетики (ее калий-натриевая модель, УПС: глава II) включает исследования энергетики митохондриальной.

В одной из своих работ он вместе с соавторами рассматривает кардиолипиновое окружение трансмембранных митохондриальных белков в качестве основного «стрелочника», направляющего клеточную судьбу по тому или иному пути (Мулкиджанян А. Я. и соавт., 2018). За ключевой регуляторный феномен в гипотезе Мулкиджаняна принимается оксидативный стресс – цепная реакция окисления мембранных липидов и белков активными формами кислорода (АФК). Окисленный в результате оксидативного стресса кардиолипин, прилежащий к мембранным белкам, модифицирует небольшую, но исключительно важную «шестеренку» электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) – цитохром С, который в результате приобретает