Летучая мышь и тайное войско
Шестая история о фантастических тварях и о том, чему они нас могут научить
Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Некоторые из них нам всерьез угрожают: их организм, вероятно, содержит сотни неизвестных науке вирусов. При этом сами они от вирусов не страдают и вообще живут дольше, чем мы могли бы предположить. Что сделало летучих мышей неуязвимыми и смертоносными одновременно?
Читать оригинальный текст на chrdk.ru
Год назад «Чердак» писал об устрашающих предсказаниях американских ученых: они проанализировали данные о вирусах, пришедших к человеку от разных групп млекопитающих, и предложили свой прогноз на будущее. Согласно ему, каждый вид летучих мышей в среднем носит в себе 17 потенциально опасных для нас вирусов (для сравнения: каждый вид грызунов или приматов - 10). Более того, именно вирусы, которые дарят нам рукокрылые, отличаются особенной «злостью» и вызывают самые жестокие эпидемии, например лихорадки Эбола или атипичной пневмонии SARS. Чем же так особенны летучие мыши?
Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашлишестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0
Вредные, но родные
Для того чтобы жить бок о бок с целой армией вирусов, нужно научиться ими не болеть. И действительно, летучие мыши практически не гибнут от вирусных заболеваний и в большинстве случаев не проявляют никаких симптомов. По крайней мере, если речь идет о РНК-вирусах - ДНК-вирусы иногда все же оказываются смертельны.
Эта удивительная стойкость не распространяется на других патогенов. Так, например, в 2006 году до 75% североамериканских летучих мышей выкосил синдром белого носа - грибковое заболевание, поражающее в первую очередь лицевые органы. То есть дело все-таки в вирусах.
Первый секрет неуязвимости летучих мышей - интерфероны. Это группа белков, которые у всех млекопитающих отвечают за противовирусный ответ. В частности, некоторые интерфероны снижают уровень синтеза белка. Это, конечно, не полезно для клетки в целом, но позволяет остановить размножение вирусных частиц. У человека, как и у других млекопитающих, многие клетки производят интерфероны в ответ на встречу с вирусом. А вот у летучих мышей гены интерферонов «включены» по умолчанию, поэтому заблокировать жизненный цикл вируса удается еще на ранних стадиях.
Однако полностью искоренить вирусы интерфероны неспособны: некоторое их количество все равно выживает внутри клеток. Обычно в таких случаях на помощь приходят клетки врожденного иммунитета и уничтожают тех, кто прячет в себе вражеские частицы. Но представим себе, что в организме летучей мыши скопилось пусть даже не 17, а всего 5 вирусов. Иммунная система пойдет вразнос и, стреляя по полчищам врагов, неизбежно будет попадать и по своим. Поэтому второй секрет неуязвимости - придержать коней иммунитета и не реагировать на вирусы без необходимости. Под гнетом интерферонов они все равно не смогут серьезно навредить организму, а значит, выгоднее обойтись без войны. Для этого летучие мыши «потеряли» молекулы, распознающие чужеродную ДНК и РНК в цитоплазме и активирующие иммунный ответ. Это позволяет клеткам закрывать глаза на присутствие вирусов, а в качестве дополнительного бонуса - снижает риск развития аутоиммунных заболеваний. Поэтому, например, болезни человека, связанные с гипертрофированной реакцией иммунной системы на собственную ДНК, такие как системная красная волчанка или синдром Айкарди-Гутьера, летучим мышам не грозят.
Научившись мирно сосуществовать с полчищами агрессивных соседей, летучие мыши вместе с тем стали во главе всесокрушающего войска. Их необычный организм - суровая школа жизни для вирусов. Иммунитет мышей отбирает самых злых и коварных - тех, что научились блокировать пути синтеза интерферона и хорониться внутри клеток, не вызывая тяжелых симптомов. Свою настоящую силу они показывают, когда попадают в организм человека, не имеющий постоянной интерфероновой защиты. Кстати, для этого необязательно, чтобы пострадавшего непосредственно укусила мышь - заражение может происходить и через посредство других животных.
Остается понять, почему именно в летучих мышах накапливается столько вирусов. И возможно, один из ответов заключается в том, что они удивительно долго живут.
Коллективное бессмертие
Если мы посмотрим на распределение средней продолжительности жизни в зависимости от массы у млекопитающих, то увидим следующую закономерность: чем больше животное весит, тем дольше оно живет. В числе тех, кому не повезло, оказались самые мелкие представители класса - разные землеройки, ежи и мелкие грызуны, а счастливый билет в долгую жизнь попался крупным формам - слонам, китам и приматам. На основании этой закономерности можно предсказать срок жизни млекопитающего, зная его массу. В большинстве случаев эти прогнозы сбываются, однако есть и исключения. Важным исключением является человек, который живет сильно дольше сравнимых с ним по размеру приматов. Нам известны только 19 видов, которые обогнали человека по параметру «реальная:предсказанная продолжительность жизни». Один из них - излюбленный объект геронтологических исследований голый землекоп, остальные 18 - летучие мыши.
Схема сравнительной длительности жизни различных животных. [А] Максимальная длительность жизни, взятая по отношению к массе взрослой особи; [В] примеры видов-долгожителей; [С] сравнительное расположение некоторых видов млекопитающих по отношению к средней длительности их жизни. Иллюстрация из статьи Siming Ma, Vadim N. Gladyshev. Molecular signatures of longevity: insights from cross-species comparative studies / Seminars in Cell & Developmental Biology, использована с разрешения Вадима Гладышева
Одна из гипотез, объясняющих долгожительство голого землекопа, заключается в том, что он избегает давления со стороны хищников. Землекопы десятилетиями живут под землей, где им никто не угрожает, обычные же мыши гибнут от лап и зубов хищников в течение первых лет жизни. Поэтому механизмы, способствующие долголетию, не отбираются по причине невостребованности в популяции мышей, но закрепляются в популяции землекопов. Аналогичная история, судя по всему, произошла и с рукокрылыми. Научившись летать, единственные из млекопитающих, они стали практически неуязвимы для хищников. В то же время особенности тела, связанные с полетом, и необходимость тратить на него много энергии не позволяют им приносить много детенышей за раз. А значит, есть смысл жить долго, чтобы вырастить достаточное количество потомства, - стратегия, которой придерживаются и крупные млекопитающие вроде слонов и нас с вами.
Летучие мыши стареют пренебрежимо медленно, уже добившись мечты геронтолога Обри ди Грея. Например, летучая мышь Брандта - рекордсмен в этой области - живет около 40 лет при массе тела 7 г. По всей видимости, у летучих мышей независимо друг от друга появилось несколько полезных механизмов. Один из них - восстановление концов ДНК, теломер. Как правило, при делениях клетки теломеры укорачиваются. Большинство организмов справляются с этой проблемой при помощи фермента теломеразы, достраивающей нити с концов. Но летучие мыши придумали свой собственный способ: они используют участки других хромосом в качестве шаблона, чтобы по нему восстановить концы (этот механизм называют гомологичной рекомбинацией). Поэтому с возрастом клетки летучих мышей не теряют способности делиться и обновлять ткани.
Также летучие мыши обладают мутантным рецептором к гормону роста. Похожие мутации у человека вызывают синдром Ларона - один из видов карликовости. У носителей этой мутации реже, чем в среднем в популяции, возникают рак и диабет. Возможно, это связано с тем, что их клетки менее чувствительны к стимуляции гормоном роста, следовательно, реже делятся и синтезируют белок, а также накапливают меньше поломок. Эта гипотеза косвенно подкрепляется тем, что летучие мыши практически не болеют раком - нам известны только единичные случаи.
Скрытая жизнь жар-птицы
На первый взгляд, у летучих мышей слишком много суперспособностей - и долгая жизнь, и иммунитет к вирусам, и устойчивость к раку. Можно ли найти какую-то связь между всеми этими свойствами? Ученые полагают, что первопричиной всему стала способность рукокрылых к полету.
Полет вызывает повышение температуры тела более чем до 40 градусов из-за активного движения мышц. По этому поводу была высказана гипотеза «полета-как-горячки» (flight-as-fever): полет естественным образом поднимает температуру, создавая ситуацию, аналогичную жару при вирусной инфекции. Поэтому иммунитет такой «жар-птицы» должен работать постоянно в усиленном режиме, не оставляя вирусам шанса. Но, как мы знаем, иммунитет летучих мышей, наоборот, толерантнее, чем у нелетающих млекопитающих.
В то же время полет усиливает еще и обмен веществ в клетках. А это чревато развитием окислительного стресса и повреждением клеточных макромолекул. Поэтому летучие мыши постоянно в больших количествах производят антиоксиданты - вещества, снижающие уровень стресса. А также регулярно запускают аутофагию - процесс переваривания отдельных молекул и органелл. Аутофагия помогает обновить поврежденные части клеток, и она же помогает разрушить вирусные частицы, проникающие в клетки. Устойчивое сосуществование с вирусами и окислительным стрессом, в свою очередь, снижает риск возникновения раковых опухолей. И все это вместе поддерживается естественным отбором, поскольку летучие мыши неуязвимы для хищников, и им выгодно жить долго.
История летучих мышей - это поучительный пример того, как далеко может завести процесс приспособления к необычному образу жизни. Обладание «карманным» войском вирусов не приносит им никакой пользы, они не используют его для охоты на жертв и не предпринимают никаких усилий для его дрессировки. Это сожительство является лишь следствием других физиологических адаптаций. Все как в канонической истории: вместе с суперспособностями герой получает и власть над жизнями других - в комплекте с полетом и долгой жизнью летучие мыши ненароком приобрели смертельное оружие.
***
В одном из прошлых текстов мы советовали: берегите свой огонь, ведите менее активный образ жизни (на клеточном уровне) - и проживете дольше. Летучие мыши с этим не согласны: жгите костры, поднимайте температуру, машите крыльями, дружите с чудовищами. И если вы сможете справиться с последствиями, то титул самого смертоносного на земле долгожителя - за вами.
Полина Лосева
Читайте также другие тексты из серии текстов про фантастических тварей:
Наножук и рецепт невидимости - Вторая история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить
Тасманийский дьявол и укусы смерти - Третья история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить
Голый землекоп и секрет вечной молодости - Первый рассказ из серии о фантастических тварях и о том, чему они могут нас научить
Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Некоторые из них нам всерьез угрожают: их организм, вероятно, содержит сотни неизвестных науке вирусов. При этом сами они от вирусов не страдают и вообще живут дольше, чем мы могли бы предположить. Что сделало летучих мышей неуязвимыми и смертоносными одновременно?
Читать оригинальный текст на chrdk.ru
Год назад «Чердак» писал об устрашающих предсказаниях американских ученых: они проанализировали данные о вирусах, пришедших к человеку от разных групп млекопитающих, и предложили свой прогноз на будущее. Согласно ему, каждый вид летучих мышей в среднем носит в себе 17 потенциально опасных для нас вирусов (для сравнения: каждый вид грызунов или приматов - 10). Более того, именно вирусы, которые дарят нам рукокрылые, отличаются особенной «злостью» и вызывают самые жестокие эпидемии, например лихорадки Эбола или атипичной пневмонии SARS. Чем же так особенны летучие мыши?
Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашлишестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0
Вредные, но родные
Для того чтобы жить бок о бок с целой армией вирусов, нужно научиться ими не болеть. И действительно, летучие мыши практически не гибнут от вирусных заболеваний и в большинстве случаев не проявляют никаких симптомов. По крайней мере, если речь идет о РНК-вирусах - ДНК-вирусы иногда все же оказываются смертельны.
Эта удивительная стойкость не распространяется на других патогенов. Так, например, в 2006 году до 75% североамериканских летучих мышей выкосил синдром белого носа - грибковое заболевание, поражающее в первую очередь лицевые органы. То есть дело все-таки в вирусах.
Первый секрет неуязвимости летучих мышей - интерфероны. Это группа белков, которые у всех млекопитающих отвечают за противовирусный ответ. В частности, некоторые интерфероны снижают уровень синтеза белка. Это, конечно, не полезно для клетки в целом, но позволяет остановить размножение вирусных частиц. У человека, как и у других млекопитающих, многие клетки производят интерфероны в ответ на встречу с вирусом. А вот у летучих мышей гены интерферонов «включены» по умолчанию, поэтому заблокировать жизненный цикл вируса удается еще на ранних стадиях.
Однако полностью искоренить вирусы интерфероны неспособны: некоторое их количество все равно выживает внутри клеток. Обычно в таких случаях на помощь приходят клетки врожденного иммунитета и уничтожают тех, кто прячет в себе вражеские частицы. Но представим себе, что в организме летучей мыши скопилось пусть даже не 17, а всего 5 вирусов. Иммунная система пойдет вразнос и, стреляя по полчищам врагов, неизбежно будет попадать и по своим. Поэтому второй секрет неуязвимости - придержать коней иммунитета и не реагировать на вирусы без необходимости. Под гнетом интерферонов они все равно не смогут серьезно навредить организму, а значит, выгоднее обойтись без войны. Для этого летучие мыши «потеряли» молекулы, распознающие чужеродную ДНК и РНК в цитоплазме и активирующие иммунный ответ. Это позволяет клеткам закрывать глаза на присутствие вирусов, а в качестве дополнительного бонуса - снижает риск развития аутоиммунных заболеваний. Поэтому, например, болезни человека, связанные с гипертрофированной реакцией иммунной системы на собственную ДНК, такие как системная красная волчанка или синдром Айкарди-Гутьера, летучим мышам не грозят.
Научившись мирно сосуществовать с полчищами агрессивных соседей, летучие мыши вместе с тем стали во главе всесокрушающего войска. Их необычный организм - суровая школа жизни для вирусов. Иммунитет мышей отбирает самых злых и коварных - тех, что научились блокировать пути синтеза интерферона и хорониться внутри клеток, не вызывая тяжелых симптомов. Свою настоящую силу они показывают, когда попадают в организм человека, не имеющий постоянной интерфероновой защиты. Кстати, для этого необязательно, чтобы пострадавшего непосредственно укусила мышь - заражение может происходить и через посредство других животных.
Остается понять, почему именно в летучих мышах накапливается столько вирусов. И возможно, один из ответов заключается в том, что они удивительно долго живут.
Коллективное бессмертие
Если мы посмотрим на распределение средней продолжительности жизни в зависимости от массы у млекопитающих, то увидим следующую закономерность: чем больше животное весит, тем дольше оно живет. В числе тех, кому не повезло, оказались самые мелкие представители класса - разные землеройки, ежи и мелкие грызуны, а счастливый билет в долгую жизнь попался крупным формам - слонам, китам и приматам. На основании этой закономерности можно предсказать срок жизни млекопитающего, зная его массу. В большинстве случаев эти прогнозы сбываются, однако есть и исключения. Важным исключением является человек, который живет сильно дольше сравнимых с ним по размеру приматов. Нам известны только 19 видов, которые обогнали человека по параметру «реальная:предсказанная продолжительность жизни». Один из них - излюбленный объект геронтологических исследований голый землекоп, остальные 18 - летучие мыши.
Схема сравнительной длительности жизни различных животных. [А] Максимальная длительность жизни, взятая по отношению к массе взрослой особи; [В] примеры видов-долгожителей; [С] сравнительное расположение некоторых видов млекопитающих по отношению к средней длительности их жизни. Иллюстрация из статьи Siming Ma, Vadim N. Gladyshev. Molecular signatures of longevity: insights from cross-species comparative studies / Seminars in Cell & Developmental Biology, использована с разрешения Вадима Гладышева
Одна из гипотез, объясняющих долгожительство голого землекопа, заключается в том, что он избегает давления со стороны хищников. Землекопы десятилетиями живут под землей, где им никто не угрожает, обычные же мыши гибнут от лап и зубов хищников в течение первых лет жизни. Поэтому механизмы, способствующие долголетию, не отбираются по причине невостребованности в популяции мышей, но закрепляются в популяции землекопов. Аналогичная история, судя по всему, произошла и с рукокрылыми. Научившись летать, единственные из млекопитающих, они стали практически неуязвимы для хищников. В то же время особенности тела, связанные с полетом, и необходимость тратить на него много энергии не позволяют им приносить много детенышей за раз. А значит, есть смысл жить долго, чтобы вырастить достаточное количество потомства, - стратегия, которой придерживаются и крупные млекопитающие вроде слонов и нас с вами.
Летучие мыши стареют пренебрежимо медленно, уже добившись мечты геронтолога Обри ди Грея. Например, летучая мышь Брандта - рекордсмен в этой области - живет около 40 лет при массе тела 7 г. По всей видимости, у летучих мышей независимо друг от друга появилось несколько полезных механизмов. Один из них - восстановление концов ДНК, теломер. Как правило, при делениях клетки теломеры укорачиваются. Большинство организмов справляются с этой проблемой при помощи фермента теломеразы, достраивающей нити с концов. Но летучие мыши придумали свой собственный способ: они используют участки других хромосом в качестве шаблона, чтобы по нему восстановить концы (этот механизм называют гомологичной рекомбинацией). Поэтому с возрастом клетки летучих мышей не теряют способности делиться и обновлять ткани.
Также летучие мыши обладают мутантным рецептором к гормону роста. Похожие мутации у человека вызывают синдром Ларона - один из видов карликовости. У носителей этой мутации реже, чем в среднем в популяции, возникают рак и диабет. Возможно, это связано с тем, что их клетки менее чувствительны к стимуляции гормоном роста, следовательно, реже делятся и синтезируют белок, а также накапливают меньше поломок. Эта гипотеза косвенно подкрепляется тем, что летучие мыши практически не болеют раком - нам известны только единичные случаи.
Скрытая жизнь жар-птицы
На первый взгляд, у летучих мышей слишком много суперспособностей - и долгая жизнь, и иммунитет к вирусам, и устойчивость к раку. Можно ли найти какую-то связь между всеми этими свойствами? Ученые полагают, что первопричиной всему стала способность рукокрылых к полету.
Полет вызывает повышение температуры тела более чем до 40 градусов из-за активного движения мышц. По этому поводу была высказана гипотеза «полета-как-горячки» (flight-as-fever): полет естественным образом поднимает температуру, создавая ситуацию, аналогичную жару при вирусной инфекции. Поэтому иммунитет такой «жар-птицы» должен работать постоянно в усиленном режиме, не оставляя вирусам шанса. Но, как мы знаем, иммунитет летучих мышей, наоборот, толерантнее, чем у нелетающих млекопитающих.
В то же время полет усиливает еще и обмен веществ в клетках. А это чревато развитием окислительного стресса и повреждением клеточных макромолекул. Поэтому летучие мыши постоянно в больших количествах производят антиоксиданты - вещества, снижающие уровень стресса. А также регулярно запускают аутофагию - процесс переваривания отдельных молекул и органелл. Аутофагия помогает обновить поврежденные части клеток, и она же помогает разрушить вирусные частицы, проникающие в клетки. Устойчивое сосуществование с вирусами и окислительным стрессом, в свою очередь, снижает риск возникновения раковых опухолей. И все это вместе поддерживается естественным отбором, поскольку летучие мыши неуязвимы для хищников, и им выгодно жить долго.
История летучих мышей - это поучительный пример того, как далеко может завести процесс приспособления к необычному образу жизни. Обладание «карманным» войском вирусов не приносит им никакой пользы, они не используют его для охоты на жертв и не предпринимают никаких усилий для его дрессировки. Это сожительство является лишь следствием других физиологических адаптаций. Все как в канонической истории: вместе с суперспособностями герой получает и власть над жизнями других - в комплекте с полетом и долгой жизнью летучие мыши ненароком приобрели смертельное оружие.
***
В одном из прошлых текстов мы советовали: берегите свой огонь, ведите менее активный образ жизни (на клеточном уровне) - и проживете дольше. Летучие мыши с этим не согласны: жгите костры, поднимайте температуру, машите крыльями, дружите с чудовищами. И если вы сможете справиться с последствиями, то титул самого смертоносного на земле долгожителя - за вами.
Полина Лосева
Читайте также другие тексты из серии текстов про фантастических тварей:
Наножук и рецепт невидимости - Вторая история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить
Тасманийский дьявол и укусы смерти - Третья история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить
Голый землекоп и секрет вечной молодости - Первый рассказ из серии о фантастических тварях и о том, чему они могут нас научить