Книга слизи. Скользкий след в истории Земли - Сюзанна Ведлих

Юный королевич подошел к изгороди и вместо терновника увидел множество больших прекрасных цветов, которые сами собой раздвинулись настолько, что он смог пройти сквозь эту изгородь невредимый, а позади него они опять сомкнулись непроницаемой стеной.

ЯКОБ И ВИЛЬГЕЛЬМ ГРИММ, «Шиповничек»

Недоношенность до сих пор является самой частой причиной смерти новорожденных, а также причиной осложнений у выживших младенцев. Известно, что в этом важную роль играют инфекции, живущие в утробе матери. Впрочем, в течение долгого времени было загадкой, как возбудители заболеваний попадают в утробу, если путь в матку защищен пробкой из слизи, которая должна оставаться непроницаемой на протяжении всей беременности. Одно исследование показало, что у многих женщин, склонных к преждевременным родам, слизистый барьер недостаточно плотный, и даже такой же пористый, как в период овуляции. Инфекциям, таким образом, даже не нужно напрягаться, чтобы попасть в организм матери. Средством защиты ребенка в таком случае могла бы быть синтетическая слизь, которая укрепила бы слабый барьер.

Значение pH в желудке, который долгое время считался стерильным органом, так же судьбоносно, как и в половых путях. Какой патоген может поселиться в органе с крайне кислой средой, чьи стенки защищены двойным слоем слизи? Бактерии Helicobacter pylori это удается. Она нейтрализует желудочную кислоту, что делает среду желудка более восприимчивой и гостеприимной. В результате изменения pH бактерия легче проходит через слизистый барьер. Таким способом возбудитель быстро добирается до стенки желудка и поселяется там. Helicobacter pylori уже давно приспособилась к жизни в нашем организме, поскольку ее следы были обнаружены еще у ледяной мумии Этци.

Как и многие биологические гидрогели, слизь в желудке состоит из муцина. Это невероятно большие, сложные и в эволюционном плане очень старые молекулы. В теле человека они проявляются очень разнообразно, они также встречаются у других организмов. Из четырех систем гидрогелей, которые защищают человека от вредных воздействий извне, две основаны на муцинах. Первая система гидрогелей создает обширные гели, которые в первую очередь покрывают внутренние поверхности в дыхательных и половых путях, а также в пищеварительном тракте. Мы называем их слизистыми оболочками. Важнейшими структурными элементами являются гелеобразующие муцины. Они продуцируются бокаловидными клетками слизистых оболочек и хранятся до тех пор, пока не высвобождаются, когда это необходимо.

Вторая система гидрогелей, основанная как на муцинах, так и на других компонентах, называется гликокаликсом. Это специальное гелевое покрытие, которое обволакивает каждую клетку в организме. Долгое время оно считалось лишь механической защитой, некой буферной зоной. Тем не менее оно имеет крайне сложное строение и выполняет жизненно важные функции. Муцины гликокаликса характеризуются тем, что, в отличие от их гелеобразующих коллег, высвобождаются из бокаловидных клеток не полностью. Они одним концом цепляются за клеточную мембрану. Эти муцины играют решающую роль при создании гелевого покрытия, однако так же важны для взаимодействия клетки и окружающей среды.

Вне зависимости от того, свободны они или закреплены, существуют ли они в человеке, в рыбе, в амфибии, в моллюске, в насекомом, в птице или в другом организме, все муцины имеют схожую структуру, напоминающую бутылочный ерш. Его основу всегда составляет отдельно взятый протеин, к которому присоединяются сотни гликанов. Эти длинные и разветвленные сахарные цепочки, оттопыренные, словно щетинки, могут составлять вплоть до восьмидесяти процентов массы молекулы.

Гликаны делают и без того большие муцины такими массивными, что наличие этих гигантских молекул в организме долго было предметом споров. Недавно была подробнее изучена молекула MUC-2, главный производитель слизи в пищеварительном тракте. Так как же бокаловидные клетки справляются с этой нагрузкой в слизистых оболочках? Запасенные муцины объединяются в группы по три и в специальной среде бокаловидных клеток временно подавляют свою молекулярную антипатию.

Оказавшись на свободе, в какой-то момент муцины внезапно распускаются, словно автоматические зонтики. За миллисекунды они могут разбухнуть в три тысячи раз, чтобы образовать гидрогель, который беспрепятственно войдет в состав существующей слизи.

Окончательно это еще не доказано, да и роль гликанов в организме изучена не полностью. Безусловно, они играют решающую роль в гелеобразовании, однако их функции выходят далеко за пределы генерирования слизи. Этот полисахарид имеет ключевое значение в организме. Более того, наряду с протеинами, жирами и нуклеиновыми кислотами он является одним из четырех структурных элементов жизни. Однако долгое время отсутствовали методы расшифровки этих сложных структур. Гликаны млекопитающих основаны всего на девяти простых моносахаридах. Те в одном лишь человеческом теле укладываются в десятки тысяч гликановых цепей, которые присоединяются к различным муцинам, протеинам и жирам, чтобы повлиять на их поведение, свойства и стабильность.

Клеточное гелевое покрытие, к примеру, содержит миллионы гликанов, благодаря многообразию которых оно имеет индивидуальную неповторимую структуру. Это делает гликокаликс определенным прикрытием для клеток, которые идентифицируют себя с помощью этого молекулярного штрих-кода. Он защищает ее и от врагов, поскольку патогены распознают нужные им клетки по их гликанам и пристраиваются к ним. Этому мешает сам организм, так как он снабжает гели слизистой оболочки не только антимикробными веществами, но и определенными приманками. Это такие молекулы, как муцины, несущие гликаны, которые настолько привлекательны, что можно надеяться, что патогены попадутся на их удочку и будут быстро уничтожены.

Рисунок 14. Бокаловидная клетка со своими клеточными отростками (1) плотно наполнена пузырьками, которые сохраняют муцины до их высвобождения (2). Эндоплазматическая сеть (ЭПС, 3) – это место синтеза протеинов, в то время как аппарат Гольджи (4) производит пузырьки. Ядро клетки (5) является центром управления

Тем не менее многие патогены использовали эволюцию, чтобы правильно вооружиться и принять соответствующие контрмеры. Вирус гриппа, к примеру, имеет две важные молекулы на своей оболочке. Одна из них примыкает к специальным муциновым гликанам, желательно – в той клетке, которая является пунктом конечного назначения. Если вирус из-за успешной приманки застревает в слизи, как в колючих зарослях, вторая молекула стремится ее освободить, действуя как молекулярные ножницы.

Распознаванием с помощью сахаридов пользуется и иммунная система, которая различает клетки организма и патогены с помощью гликокода. Опасные стрептококки группы В притворяются гликанами, чтобы избежать разоблачения в организме. По «фальшивым паспортам» в определенной степени пытаются пройти и опухолевые клетки, которые специально меняют свои муцины, и даже получается так, что при онкологических заболеваниях гликокаликс помогает им распространяться по организму и уклоняться от лечения.

Насколько обширно влияние гликокаликса и его сахаридов, становится очевидно на примере таких смертельных заболеваний, как муковисцидоз. При нем во многих органах скапливается особенно вязкая и клейкая слизь. В легких она