Аутофагия (Нобелевская премия)

Аутофагия (в переводе с греческого языка ‘самопоедание’) — это процесс утилизации органелл и макромолекул в клеточных компартментах, образующихся при слиянии аутофагосом с лизосомами. В ходе аутофагии клетка адаптируется к тяжелым условиям. Когда недостаточен приток питательных веществ извне, клетка жертвует частью собственных макромолекул и органелл, чтобы получить элементы (мономеры), из которых могут быть синтезированы новые белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы, и существовать дальше. Процесс аутофагии важен для удаления из клетки поврежденных компонентов, например, белковых агрегатов. В ходе этого процесса в клеточной цитоплазме поврежденные макромолекулы и органеллы попадают в специализированный компартмент, в котором расщепляются до малых молекул. Эти мономеры могут стать строительными блоками для образования новых биополимеров и органелл в случае голодания и недостатка энергии.

Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях. Однако чрезмерная аутофагия может приводить к клеточной смерти. В настоящее время аутофагия рассматривается как один из видов программируемой клеточной смерти наряду с апоптозом и некроптозом.

История исследований и Нобелевская премия 2016

Термин «аутофагия» для способа доставки цитоплазматического материала клетки в лизосомы с целью последующей деградации ввел в 1963 году бельгийский биохимик Кристиан де Дюв, первооткрыватель лизосом. Лизосомы — это клеточные органеллы, содержащие множество гидролитических ферментов, работающих в кислой среде. Впоследствии было обнаружено, что в процессе аутофагии в цитоплазме сначала образуются аутофагосомы — пузырьки, окруженные двухслойной мембраной, содержащие часть цитоплазмы и клеточные органеллы (митохондрии, рибосомы, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Аутофагосомы далее сливаются с лизосомами, в образовавшихся при этом аутолизосомах происходит деградация макромолекул и органелл в результате действия лизосомных ферментов — гидролаз. Де Дюв получил Нобелевскую премию в 1974 году «за открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки».

Лауреат Нобелевской премии 2016 года Ёсинори Осуми начал исследование аутофагии в дрожжевых клетках и с помощью генетического подхода обнаружил полтора десятка генов, инактивация которых приводила к дефектам в образовании аутофагосом. Эти гены были клонированы и секвенированы. Исследование функционирования белковых продуктов этих генов привело в дальнейшем к выяснению молекулярных механизмов индукции, протекания и регуляции аутофагии. Эти гены по современной номенклатуре называются ATG (Autophagy-related Genes). В настоящее время открыто уже более тридцати генов ATG. Осуми показал, что аутофагия — это действительно запрограммированный процесс, то есть процесс, который кодируется в геноме. Если мутировать или отключить важные для аутофагии гены, то аутофагии происходить не будет.

Между гомологичными генами дрожжей и млекопитающих есть существенное сходство. Белковые продукты этих генов отличаются небольшим количеством аминокислотных замен. Если какой-то ген у дрожжей отвечает за аутофагию, то, скорее всего, похожий ген у животных и человека будет выполнять подобные функции. Генетику аутофагии было проще исследовать в дрожжевых клетках. Но параллельно с изучением механизмов аутофагии у дрожжей в лаборатории, возглавляемой Ёсинори Осуми, были обнаружены гомологи ряда дрожжевых генов ATG в клетках млекопитающих. Исследование функционирования белков млекопитающих, кодируемых этими генами, показало, что молекулярные механизмы аутофагии высококонсервативны у эукариота, то есть мало отличаются у таких эволюционно далеких организмов, как дрожжи и человек.

В лаборатории Ёсинори Осуми при изучении белка LC3 млекопитающих, гомолога дрожжевого белка ATG8, были обнаружены процессированная (укороченная) и липидированная формы белка — LC3-I и LC3-II соответственно. Эти формы в настоящее время стали популярными маркерами аутофагосом и индикаторами аутофагии. Далее была создана трансгенная мышь, экспрессирующая рекомбинантный белок, состоящий из LC3 и зеленого флуоресцирующего белка GFP. Это позволило легко визуализовать аутофагию с помощью флуоресцентной микроскопии и изучить кинетику и интенсивность аутофагии в разных органах мыши при голодании. В лаборатории Ёсинори Осуми была также впервые создана мышь с нокаутированным ATG геном. Гомозиготные мышата с нокаутированным ATG5 рождались нормально, но погибали в течение 24 часов после рождения. Это показало, что аутофагия существенна для неонатального развития у млекопитающих. Созданные в лаборатории Ёсинори Осуми трансгенные по GFP-LC3 и одновременно нокаутированные по ATG5 мыши успешно используются мировым научным сообществом для изучения физиологического значения аутофагии у млекопитающих. Ёсинори Осуми также принял участие в идентификации гомологов генов ATG у высших растений и в демонстрации их участия в аутофагии, что еще раз подтвердило консервативную и фундаментальную роль аутофагии у эукариота.

Типы и механизмы аутофагии

Существует три типа аутофагии: макроаутофагия, микроаутофагия и шаперон-зависимая аутофагия. При микроаутофагии мембрана лизосомы образует впадину, в которую попадает часть цитоплазмы, а затем эта впадина замыкается, образовавшийся пузырек транспортируется внутрь лизосомы, где происходит деградация его содержимого. При шаперон-зависимой аутофагии комплексы дефектных белков с шаперонами попадают в лизосомы при участии специфических мембранных рецепторов.

Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за исследования макроаутофагии, которую обычно называют просто аутофагией. Под действием сигналов, инициирующих макроаутофагию, образуется так называемый фагофор, который состоит из липидной мембраны и ряда белков, кодируемых генами ATG или гомологами генов ATG. С помощью сложной системы регуляции к фагофору привлекаются новые ATG-белки, собираются мультикомпонентные комплексы, мембрана растет, и образуется незамкнутая структура, по форме напоминающая шапочку, которая окружает часть цитоплазмы (см. рисунок). Затем двухслойная мембрана замыкается, и внутри получившегося пузырька, называемого аутофагосомой, оказываются макромолекулы и органеллы (рибосомы, митохондрии, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Образовавшаяся аутофагосома сливается с лизосомой и образует аутофаголизосому, внутри которой происходит деградация макромолекул и органелл. В этом процессе участвуют белковые продукты более 30 генов ATG, существенная часть которых была открыта в работах Ёсинори Осуми.

Голодание как метод похудения и оздоровления организма давно доказало свою эффективность. На протяжении десятков лет его изучало огромное количество ученых, среди которых серьезный вклад внес японский биолог Есинори Осуми. Он на весь мир заявил и доказал, что отказ от употребления продуктов позволяет не только справиться с лишним весом, но и омолодить организм, за что в 2021 году получил премию Нобеля.

Ученый долго изучал особенности голодания, а также его связь с духовными практиками. В результате исследований выяснил, что при недостаточном поступлении веществ извне клетки начинают самостоятельно утилизировать весь скопившийся «мусор», который активно откладывается организмом в качестве запаса. Методики голодания Есинори Осуми – эффективное очищение от шлаков и токсинов.

Особенности исследования

За какие исследования по голоданию японский ученый получил в 2016 году нобелевскую премию? По мнению Есинори Осуми такое уникальное явление, как аутофагия помогает в борьбе с раком и даже деменцией. Подобное открытие было сделано еще в 60-х годах прошлого столетия, но ученые тогда не придали этому значение. Японец же внес значительный вклад в расшифровку данного понятия.

Аутофагия – процесс переработки с последующим выведением всех ненужных веществ в организме человека. Именно благодаря ней клеточный состав постепенно обновляется, а вместе с тем утилизируются шлаки, токсины и инфекции, попавшие внутрь извне. Аутофагия возникает в результате стресса, коим и является голодание.

Аутофагия и спорт

Известно, что эффект от физических упражнений возникает только тогда, когда организм испытывает стресс. Аутофагия возникает по той же самой причине, а потому спорт – это еще один способ ее запуска и усиления.

Физические нагрузки приводят к микроповреждениям тканей и мышц, которые, восстановившись, становятся сильнее, делая более сильным и тело человека. А еще упражнения позволяют очистить организм от токсинов благодаря потению, чего и требует любая детокс-программа. Причем многие специалисты уверены, что именно физические нагрузки служат главным фактором для эффективной детоксикации.

К примеру, доктор Джордж Йу, работающий в медицинском центре Вашингтонского университета и изучающий процессы метаболизма, советует сочетать физические упражнения с посещением сауны, а также принимать добавки ниацина. Так токсины максимально выводятся через кожу, предупреждается возникновение рака и болезни Альцгеймера.

Что касается количества физических упражнений с целью стимулировать аутофагию, то оно пока точно не известно. Но установлено, что наибольшим эффектом обладают интенсивные упражнения, а значит, о легкой нагрузке стоит на время забыть.

Несмотря на то, что долголетию способствуют умеренные нагрузки в объеме 150-450 минут в неделю (они снижают риск преждевременной смерти более чем на 30%), если вы будете уделять хотя бы 30% тренировочного времени на упражнения повышенной интенсивности, то сможете запустить аутофагию и увеличить продолжительность своей жизни еще примерно на 13%. Так что тренируйтесь, не жалея себя (в здоровом смысле, естественно), и мощное улучшение состояния организма не заставит себя долго ждать (при этом не забывайте рассчитывать свои силы и берите во внимание свое текущее физическое состояние).

И, напоследок, еще раз напомним, что аутофагия – это ни в коем случае не лекарство, и считать его панацеей от всех бед нельзя. Вы должны знать о ней и использовать ее, чтобы очистить свой организм и продлить себе жизнь, но делать это нужно с умом, будучи внимательным к своему текущему состоянию и не пренебрегая принципами здорового питания и здорового образа жизни вообще.

При желании вы можете отыскать немало официальных данных, результатов исследований и другой дополнительной информации об аутофагии в интернете. Мы же в свою очередь желаем вам крепкого здоровья и долгих лет жизни!

Ход исследования

Объектом изучения стали мутировавшие грибы, которые в обычной среде не имеют возможности расщеплять белки. Во время получения веществ извне вся органика скапливается в микроклетках. Посредством аутографии японский ученый сумел доказать, что при резком ограничении питания в грибках скапливаются аутофагосомы – особые структуры, которые поглощают и расщепляют уже накопленные организмом вещества.

Аналогичные исследования проводились и на животных. Результаты показали, что периодическое голодание на воде также приводит к подобным внутренним процессам – особи чувствуют себя гораздо лучше, и снижается вероятность возникновения заболеваний.

Полученные ученым результаты отлично переносятся и на организм человека. Когда происходит полный отказ от питательных веществ, клетки начинают активно поглощать жировую ткань. Получается, несмотря на пищевое воздержание, на клеточном уровне не возникает чувства голода. Энергетический ресурс вырабатывается из того, что давно накоплено.

Открытие Ёсинори Осуми

Не думайте. что открытие далось легко и просто. Еще 80-ые годы, Ёсинори Осуми начал заниматься аутофагией. В начале 90-х перешел на дрожжи, вместо того, чтобы изучать клетки человека. Оказалось, что дрожжевые клетки очень похожи на клетки человека. С точки зрения генетики работать с ними было проще.

Опытным путем Осуми удалось доказать, что аутофагия в дрожжах существует. Дрожжи находились в разных условиях. В итоге, результат оказался тоже разным:

Одни клетки получали достаточно пищи, поэтому они не слишком менялись. Другие находились на голодном пайке. Поэтому в их вакуолях быстро накапливались фрагменты клетки, окружённые мембранами. Это и были аутофагосомы.

Стало ясно, что фрагменты клеток очень быстро накапливаются в «голодных» клетках. В результате чего, подтвердилось предположение, что аутофагия помогает клетке заново использовать уже имеющиеся ресурсы. Из-за отсутствия притока новых (голоде).

Оказалось, что гены человека, отвечающие за аутофагию, такие же как у дрожжей. В результате, Осуми показал, что подобный процесс происходит и в клетках человека. В итоге, были выявлены все гены, которые необходимы нам, чтобы этот процесс у нас шел.

Он выделил основные гены, принимающие участие в аутофагии. Наглядно показал, как белки, которые кодируют эти гены, объединяются, чтобы создать мембрану аутофагии.

Кстати, при нехватке пищи первым делом аутофагии подвергаются белки. Это одна из главных причин, по которой голодание не приводит к моментальной и большой потере жира.

Важность открытия в том, что на генетическом уровне описан важнейший клеточный процесс. По словам экспертов, это открытие дало новые возможности генетикам, микробиологам в области лечения инфекционных заболеваний, рака, диабета, болезней Паркинсона и Хантингтона и многих др. болезней.

Клеточный процесс аутофагии

Организм находится в состоянии стресса(голод). Поэтому, для своего выживания, клетки начинают собирать свои отработанные частицы. После этого,свои компоненты, помещают в аутофагосомы (маленькие грузовички). Аутофагосомы доставляют их в лизосомы (перерабатывающий завод). Там ферментами все разрушается и перевариваются.

Полученные хорошие продукты переработки клетки повторно используют для получения нужной энергии, собственного омоложения и регенерации, внутреннего питания. То есть из отходов создаются новые, здоровые клетки. Аутофагия — это единственный процесс, за счёт которого клетка обновляется «по-крупному». Без него мы не выживем.

Благодаря аутофагии у клетки получается справляться с попавшей в нее инфекцией, вирусами и бактериями, дефектными белками, выводить токсины и омолаживаться. Потому, что для аутофагии не важно, какие белки разрушать — в самой клетке или за её пределами.

Чтобы лучше понять суть особенностей физиологии, биолог ввел в систему термин «окно питания». Оно представляет собой временной промежуток, когда человек употребляет различные продукты. Если человек проснулся в 6 утра и через час поел, то «пищевое окно» открывается в 7 утра. Если последний прием пищи приходится на 22:00, то в это время происходит его закрытие. Продолжительность составляет 15 часов.

Интересный факт. Ученые доказали, что чем меньше продолжительность «пищевого» окна, тем комфортнее организм себя ощущает и больше получает пользы. Это можно заметить по улучшению качества ночного сна, уменьшению вероятности возникновения болезней сердца, нормализации АД и т.д.

В результате многочисленных исследований Есинори Осуми предложил миру уникальную фастинг-диету или однодневное голодание, которое стало основанием для вручения Нобелевской премии.

Схемы голодания

На основе интервального голодания были разработаны разнообразные схемы отказа от еды и воды. Наиболее популярные:

16/8. Самая популярная система голодания, предусматривающие «пищевое окно», продолжительность которого составляет 8 часов. Остальное время человек воздерживается от употребления продуктов. В 8-часовой период питание делится на три приема.

14/10. Считается наиболее щадящим вариантом отказа от еды. «Пищевое окно» продолжается в течение 10 часов. Рацион делится на 5 приемов, среди которых 3 – основные и 2 – перекусы.

20/4. Продолжительность «пищевого окна» составляет всего 4 часа, которые делятся на две трапезы. Остальное время человек голодает.

Схема 24. Полноценный разгрузочный день, который может проводиться один или два раза в неделю. Продолжительность голодания – от завтрака до завтрака (можно выбрать любой другой временной период). Эта схема не считается самой жесткой, но требует определенных усилий со стороны «больного».

Схема 36. Продолжительность полного отказа от еды – полтора суток. Оптимальное время начало и окончания голодовки – завтрак в 8 утра и легкий ужин в 8 часов вечера на следующий день.

5/2. Методика включает классические приемы пищи в течение 5 суток и 48 часов условной голодовки. Допускаются трапезы с общей калорийностью не более 500 кКал.

Эффективность

Благодаря исследованиям Есинори Осуми доказана эффективность голодания. Периодический отказ от продуктов питания положительно влияет на состояние организма:

Повышение продолжительности жизни. Процессы старения замедляются. В сочетании с ярко выраженным целебным эффектом, человек способен надолго сохранить молодость и красоту.

Укрепление иммунитета. В результате очищения из организма уходят вредные вещества, бактерии, которые являются причиной возникновения различных заболеваний. Работа иммунной системы восстанавливается. Клеткам гораздо проще бороться с негативными факторами извне.

Отличное самочувствие. В процессе голодания возможны незначительные побочные эффекты, но они быстро проходят. По окончании воздержания человек ощущает себя намного лучше. Становится гораздо активнее.

Улучшение работы мозга. Человеку гораздо легче концентрироваться на различных предметах и выполнять задачи.

Восстановление работы внутренних органов и систем. Голодание обеспечивает общее оздоровление.

Советы по голоданию

Выдержать голод достаточно сложно, не только физически, но и эмоционально. Чтобы «лечение» прошло эффективнее, следуем нескольким простым советам:

Для уменьшения чувства голода пьем небольшими глотками теплые жидкости. Отлично подойдет зеленый чай или обычная очищенная вода.

Выпиваем в сутки не менее двух литров жидкости. Большие объемы влаги помогают ускорить обмен веществ и быстрее вывести токсины и шлаки.

Выходим из системы постепенно. Злоупотреблять едой нельзя, иначе возможны серьезные отравления и нарушения в работе пищеварения.

Перед голоданием настраиваем себя психологически. Важно набраться сил и хорошо отдохнуть.

Не делаем выводы о голодании сразу по его окончании. Результаты будут видны через 4 месяца.

 Предыдущие статьи: