Процесс аутофагии что это и как происходит
Аутофагия необходима для развития организма
Аутофагия, т.е. процесс самопереваривания клетки, включающий в себя частичное или полное разрушение структурных и функциональных компонентов клетки, рассматривалась ранее как часть системы удаления погибших либо функционально неполноценных клеток. Проведенный Mizushima et al обзор литературы за последние пять лет позволяет по-новому взглянуть на аутофагию.
Самопереваривание клеток было давно известно у одноклеточных как способ сохранения жизнеспособности в целом в условиях голодания за счет деградации некоторых наименее важных компонентов. Прежде было принято рассматривать аутофагию у многоклеточных, в том числе у человека, как проявление апоптоза.
Однако в последние годы стало понятно, что аутофагия является особым компонентом системы адаптации всего организма к изменяющимся условиям окружающей среды, а также непременным условием процессов дифференцировки и развития органов и систем в ходе постнатального созревания.
Такой взгляд на аутофагию приводит к появлению новых вопросов: как один и тот же биохимический путь обеспечивает защиту и гибель клетки? Каковы молекулярно-генетические основы этих процессов? Какова связь аутофагии с различными заболеваниями и старением организма? Ответы на эти вопросы помогут разработать принципиально новую стратегию профилактики и лечения заболеваний, а также повышения качества жизни в зрелом и пожилом возрасте.
Код вставки на сайт
Аутофагия необходима для развития организма
Аутофагия, т.е. процесс самопереваривания клетки, включающий в себя частичное или полное разрушение структурных и функциональных компонентов клетки, рассматривалась ранее как часть системы удаления погибших либо функционально неполноценных клеток. Проведенный Mizushima et al обзор литературы за последние пять лет позволяет по-новому взглянуть на аутофагию.
Самопереваривание клеток было давно известно у одноклеточных как способ сохранения жизнеспособности в целом в условиях голодания за счет деградации некоторых наименее важных компонентов. Прежде было принято рассматривать аутофагию у многоклеточных, в том числе у человека, как проявление апоптоза.
Однако в последние годы стало понятно, что аутофагия является особым компонентом системы адаптации всего организма к изменяющимся условиям окружающей среды, а также непременным условием процессов дифференцировки и развития органов и систем в ходе постнатального созревания.
Такой взгляд на аутофагию приводит к появлению новых вопросов: как один и тот же биохимический путь обеспечивает защиту и гибель клетки? Каковы молекулярно-генетические основы этих процессов? Какова связь аутофагии с различными заболеваниями и старением организма? Ответы на эти вопросы помогут разработать принципиально новую стратегию профилактики и лечения заболеваний, а также повышения качества жизни в зрелом и пожилом возрасте.
Что такое аутофагия и действительно ли это путь к вечной молодости
Любовь Карась
У клеток организма есть способность к самовосстановлению, или регенерации. Этот процесс называется аутофагией, и он необходим для адаптации и очищения от «мусора». После открытия этого механизма фармацевтические компании и ученые стремятся разработать лекарства, которые могли бы стимулировать аутофагию. Многие пытаются достичь этой цели посредством голодания. Диетологи из «интернета» обещают легкие способы похудения и омоложения. Но так ли это? Объясняем, как работает процесс аутофагии и связан ли он с голоданием.
Значение для медицины
Аутофагия — естественный процесс регенерации, который происходит на клеточном уровне. Таким образом клетка адаптируется к тяжелым условиям. Например, когда она получает недостаточно питательных веществ извне, она жертвует частью собственных макромолекул и органелл, чтобы получить элементы, из которых могут быть синтезированы необходимые для дальнейшего существования вещества.
Аутофагия позволяет избавиться от поврежденных белков и органелл и тем самым бороться с последствиями старения организма
Аутофагия играет важную роль при ряде заболеваний, включая канцерогенез ❓ Многоэтапный процесс, ведущий к глубокой опухолевой реорганизации нормальных клеток организма. и нейродегенеративные болезни (болезнь Паркинсона и деменцию). Хотя роль аутофагии в канцерогенезе противоречива, отмечает доктор химических наук Александра Евстафьева. С одной стороны, процесс аутофагии способствует выживанию опухолевых клеток, с другой — может стать супрессором развития новообразований (иными словами, предотвращает их).
Напротив, в случае нарушения процессов аутофагии клетки разрушаются, на их месте появляется соединительная ткань. Это часто ведет к развитию сердечной недостаточности, а также к воспалительным процессам, так как часть мертвых клеток не удаляется.
Аутофагия и голодание
Биохакеры и некоторые ученые считают, что один из способов ускорить процесс аутофагии — делать паузы в питании, или, иными словами, начать голодать. Тогда клетка сталкивается с недостатком энергии и самостоятельно начинает вырабатывать необходимые ей вещества. Старый белок уничтожается и становится источником энергии для клеток.
В Кремниевой долине биохакеры создали онлайн-сообщество, где делятся советами и опытом голодания. Участники придерживаются метода «Пост монаха» — 36 часов голодания на воде. По мнению адептов интервального голодания, голод укрепляет иммунную систему, замедляет процесс старения организма и, кроме того, способствует продуктивности.
Однако единого мнения насчет этого нет: ученые до сих пор спорят о плюсах и минусах такого подхода. Сам по себе человек адаптирован к вынужденному голоданию, однако в современном мире это кажется крайне непривычным.
Сам же Осуми не утверждал, что голодание способствует процессу аутофагии. Кроме того, стоит учитывать, что ученый изучал гены аутофагии не людей, а дрожжей
Гарвардская медицинская школа опубликовала гайд, посвященный интервальному голоданию. Эксперты утверждают, что этот способ помогает снизить вес. Это происходит потому, что уровень инсулина снижается, жировые клетки организма начинают расходовать запасенную в них глюкозу и жировая масса уменьшается. Все же длительное или частое голодание может нанести вред здоровью. Перед тем как приступить к подобным практикам, необходимо проконсультироваться с врачом.
Аутофагия, протофагия и остальные
Протофагия концептуально является аналогом аутофагии в мире микробов
Автор
Редакторы
Аутофагия — это процесс, с помощью которого эукариотические клетки утилизируют свои внутренние компоненты, «переваривая» их ферментами лизосом. Это непрерывный процесс, поддерживающий баланс между синтезом и деградацией и обеспечивающий необходимые условия для нормального клеточного роста, развития и смерти. В этой статье мы обобщаем понятие аутофагии до общего принципа работы живых систем и предлагаем термин протофагия для обозначения прокариотических процессов, подобных аутофагии.
Аутофагия (от греч. αυτος — «само» и φαγειν — «есть»: самопоедание) является клеточным механизмом утилизации избыточных или поврежденных белков, белковых комплексов и клеточных органелл, осуществляемый лизосомами той же клетки. Такая утилизация выполняет несколько важных функций, в том числе — получение питательных веществ при голодании, поддержку клеточного гомеостаза и клеточного иммунитета, осуществление апоптоза и т.п. [1].
Как правило, термин аутофагия применяется для описания внутриклеточных процессов. Однако в определенном смысле ее можно рассматривать и как общий принцип, работающий не только на уровне клеток эукариот, но и в биосистемах других уровней, таких как организм, популяция или даже биосфера в целом. И на всех уровнях организации живого с принципом аутофагии можно соотнести многие известные процессы, — в частности, регуляцию жизнедеятельности бактериальных колоний. Здесь же мы рассмотрим аутофагию в более широком смысле — как процесс поглощения биологической системой своей части для поддержания собственной структуры и жизнедеятельности. Действительно: процессы, аналогичные аутофагии, появляются на разных «этажах» живой материи (см. примеры в таблице 1):
Например, на уровне организма одним из проявлений аутофагии является метаболизм подкожного жира, когда организм при голодании потребляет свою часть (жировую ткань) с перераспределением высвобожденной энергии. Другим примером служит апоптоз — регулируемое «самоубийство» клеток, необходимое для правильного развития любого растительного или животного организма [2].
Аутофагия присутствует и на уровне экосистем. Так же, как эукариотическая клетка постоянно утилизирует старые или дефектные органеллы, в экосистемах одни организмы «поглощаются» и служат источником энергии для других. Такой круговорот энергии и вещества в биосфере известен под термином «трофические цепи», которые можно определить как постоянное перераспределение биологического материала внутри экосистем.
Приведенные выше примеры аналогичны аутофагии в том, что в них для поддержания стабильности целого в жертву приносится часть системы. Так же, как аутофагия требуется эукариотической клетке для поддержания жизнедеятельности во время нехватки питательных веществ, сжигание жира организмом и экосистемные трофические цепи необходимы для адаптации к периодической нехватке энергии и стабилизации энергетического обмена.
Еще одна принципиальная функция процессов, подобных аутофагии, — обновление частей системы с целью поддержания ее стабильности как целого (гомеостаза). Время существования любого дифференцированного сообщества намного больше, нежели время жизни отдельных его частей, — вот тут-то и требуется механизм поддержания стабильности. Стабильность биосистем достигается путем постоянного обновления компонентов через аутофагию. Непрерывная утилизация старых компонентов обновляет биосистему, а также позволяет пополнить энергетические запасы. Этот же принцип используется и на других уровнях: в эукариотической клетке отработавшие свой ресурс органеллы перевариваются лизосомами, уступая место новым. На уровне организма поврежденные клетки элиминируются апоптозом или иммунной системой. В экосистемах отношения хищник–жертва не только поддерживают численность хищных видов, но и регулируют гомеостаз всей экосистемы, очищая ее от слабых и больных животных и предохраняя виды от вырождения.
Аутофагия является распространенным механизмом, используемым на различных уровнях биосферы. Почти любая живая система использует процессы, аналогичные аутофагии, для выживания и саморегуляции. Здесь мы использовали слово «почти», так как аутофагия до сих пор не была описана у прокариот [3]. Принимая во внимание роль аутофагии во всех других биосистемах, отсутствие ее у прокариот выглядит, по меньшей мере, странным. В этой статье мы попытаемся показать, что прокариоты не являются исключением, и аналог аутофагии у них также присутствует, — но обнаружить его можно лишь, если рассматривать прокариотические сообщества не как единичные клетки, а как мультиклеточные «организмы».
Прокариоты как многоклеточные организмы
На сегодня собрано достаточно данных о том, что в природе прокариоты существуют не в виде изолированных клеток, а в виде сложных микробных сообществ [4]. Впервые эта смелая идея была выдвинуты в 80-х годах ХХ века, а сегодня она подкреплена солидной экспериментальной базой. Природные колонии прокариот имеют аналог эндокринной сигнализации внутри сообщества (например, чувство кворума [5]), дифференциацию клеток на специализированные подвиды, а также сложные паттерны коллективного поведения (совместная охота, коллективное переваривание добычи, коллективная устойчивость к антибиотикам [4] и т.п.). Аутофагия как характеристика дифференцированных сообществ вполне может стать еще одним пунктом в этом списке.
«Аутофагия» у бактерий
Типичные аутофагические модели описаны на молекулярном уровне у многих бактерий. Например, при нехватке пищи часть бактерий в колонии выделяет в окружающую среду токсин. При этом только некоторые из них способны производить молекулу антитоксина — белка, который обезвреживает токсин при его попадании в клетку. Такие клетки выживают и поглощают остальные, погибшие и лизированные под действием токсина. Это дает оставшимся в живых энергию, необходимую для споруляции [6], [7]. Подобные процессы обнаружены у многих видов бактерий.
Для простоты описания мы введем термин протофагия как собирательный синоним процессов бактериального каннибализма, альтруизма, аутолиза и запрограммированной клеточной смерти. Прокариотическое сообщество представляет собой целостную биосистему, которая в случае необходимости перерабатывает часть себя для поддержания стабильности. При протофагии аутофагосомой (мембранной везикулы с продуктами деградации) служит сама прокариотическая клетка. Протофагия во многом схожа с аутофагией у эукариот (рис. 1):
Рисунок 1. Принципиальная похожесть протофагии и аутофагии.
Как и эукариотическая аутофагия, протофагия используется не только для получения пищи. Например, протофагия служит патогенным бактериям для инвазии организма-хозяина (рис. 2). Известно, что микрофлора хозяина (симбионты) может эффективно сдерживать рост патогенных микроорганизмов. С целью подавления конкуренции некоторые патогенные бактерии с помощью протофагии активируют антибактериальный иммунный ответ организма-хозяина. Для этого часть патогенной популяции индуцированно самолизируется, высвобождая токсины, что вызывает локальное воспаление. В итоге иммунная система организма уничтожает большую часть бактерий-симбионтов, в то время как патогенные бактерии избегают обнаружения и после окончания воспалительной реакции беспрепятственно размножаются в тканях хозяина [9]. Интересно, что в отсутствие симбионтной микрофлоры (например, при экспериментальном заражении специальных линий стерильных мышей) такие патогенные бактерии заселяют кишечник без индукции воспаления. Это говорит о том, что протофагия тут является специфическим механизмом выживания патогенных организмов, который активируется только при неблагоприятных условиях.
Рисунок 2. Аналогичная роль протофагии и аутофагии в активации иммунного ответа.
Что дает нам концепция протофагии
Введенное понятие протофагии интересно не только как голая теория, но может быть полезно и на практике. Например, в биотехнологии сегодня широко используют бактерии, и манипуляция процессами протофагии может подсказать способ поддержания стабильности бактериальной культуры в промышленных масштабах. Так, активаторы протофагии должны повысить качество культур путем активации естественных механизмов устранения ослабленных и поврежденных микроорганизмов.
Другой важной областью применения протофагии может стать медицина. На сегодняшний день резистентность бактерий к антибиотикам является одной из ключевых фармакологических проблем. Вместо того, чтобы убивать отдельные бактериальные клетки (как это делают сегодня с помощью антибиотиков), можно сконцентрироваться на дезорганизации бактериальных сообществ как единого целого. Такие методы уже разрабатываются — это, например, блокаторы бактериального «чувства кворума», которые нацелены именно на нарушение межклеточной сигнализации в бактериальных колониях, чтобы сделать их уязвимыми для иммунной системы человека [10], [11]. И хотя эта тема только развивается, и вопросов пока больше чем ответов, общий вектор работ показывает, что нарушение коммуникации между отдельными бактериями имеет все шансы стать терапией завтрашнего дня. В этом контексте активаторы протофагии помогут разрушить защитные барьеры бактериальной колонии и сделать ее уязвимой для иммунной системы организма хозяина.
Послесловие
Главный вопрос, который может возникнуть после прочтения этой статьи — а так ли необходимо введение нового термина — протофагия — для описания хорошо известных фактов? На наш взгляд, расширение понятия аутофагии и введение термина «протофагия» необходимо и полезно.
Биосфера в определенном смысле напоминает фрактал, где каждый последующий уровень повторяет предыдущий. Аналогичные процессы похожи между собой не только внешне — все они имеют сходные причины и принципы регуляции. Понятие протофагии, объединяющее разрозненные процессы прокариот вместе, позволяет обобщить и лучше понять глубинные механизмы, регулирующие жизнь прокариотических колоний. Это дает несомненные выгоды для биотехнологии и медицины завтрашнего дня.
Приживется ли термин «протофагия» и найдут ли его полезным другие ученые — покажет время. То, что нам показалось важным, мы изложили в статье, вышедшей в журнале Autophagy [12]. Если микробиологи воспримут эти обобщения и найдут их полезными для себя — нам будет очень приятно. Если же цитируемость нашей статьи не будет бить рекордов — значит, мы ударились в средневековую схоластику и переоценили значимость собственных измышлений. В любом случае, представить данную работу на суд почтенной публике стоило — ведь протофагия является частным случаем аутофагии в бактериальном мире и следует тем же законам, что и остальные ее проявления — будь то аутофагия в эукариотической клетке, трофические цепи в биосфере или голодание по модной методике перед пляжным сезоном, который, кстати, уже на носу.
Написано по материалам оригинального эссе в Autophagy [12].
Почему мы исцеляемся, если делаем перерыв в еде на 16 часов. Все подробности об аутофагии (2020-12-04 10:05:42)
Почему мы исцеляемся, если делаем перерыв в еде на 16 часов. Все подробности об аутофагии
Интервальный стиль питания, разработанный на основе открытия нобелевского лауреата 2016 года Есинори Осуми, бьет все рекорды популярности. Он прост, логичен, не требует отказа от привычного и продлевает жизнь.
В середине 60-х шестидесятых годов прошлого века ученые открыли интересное явление – оказывается, клетки способны разрушать и перерабатывать до молекулярного состояния свои собственные неисправные компоненты, шлаки и токсины. Из полученного материала они добывают энергию и строят нужные «детали». А если клетка совсем уж дефектная и ремонту не подлежит, то через этот процесс она самоуничтожается.
Это явление назвали аутофагией – самопожиранием (греч.). Ученый мир пришел к выводу, что это отличный механизм клеточного обновления. И после этого про аутофагию забыли почти на тридцать лет.
Открытие Есинори Осуми
В начале 90-х японский ученый Есинори Осуми вернулся к аутофагии, изучая ее на примере дрожжевых грибков. Он сделал важнейшее открытие: обнаружил гены, ответственные за аутофагию, и выяснил, что они одинаковы и у человека, и у животных, и у дрожжей. Он доказал, насколько этот процесс важен для нашей жизни.
Клеточное «самоедство» дает энергию, если мы голодны, уничтожает вирусы и бактерии, если те попадают в клетку, защищает нас от преждевременного старения и множества болезней.
Если процессы аутофагии в нейронах головного мозга замедлены, в них накапливается вредный белок. Нейроны выходят из строя, и у человека развивается болезнь Паркинсона или Альцгеймера.
А вот с онкологическими болезнями все не так просто. Аутофагия на ранних этапах помогает уничтожению раковых клеток, но делает опухоли более устойчивыми к химиотерапии и облучению на поздних.
А при чем тут голодание?
Есинори Осуми установил, что периоды голодания стимулируют аутофагию и обновление клеток и помогают замедлить процессы старения. Если человек голоден, у него в крови снижается уровень глюкозы и падает производство инсулина, отвечающего за ее доставку в клетки. В ответ на падение инсулина повышается производство гормона глюкагона. Этот гормон приказывает клеткам использовать не внешние «стройматериалы», а внутренние – разбирать самих себя «на запчасти», выбрасывать хлам, а из годного строить свой обновленный вариант. В итоге уничтожается старое и вредное, производится новое, ускоряется обмен веществ. Человек становится бодрее, стройнее и выглядит моложе. Именно этот принцип лег в основу модных интервальных диет.
Начинается активное обновления клеток, если голодать от 12 часов до трех дней. Если голодать меньше, то для восстановления хватает питательных веществ из еды. Если голодать дольше трех дней, обмен веществ замедляется, ткани начинают разрушаться.
Сейчас очень популярно интервальное голодание по двум схемам.
* 16/8. Ты ничего не ешь и пьешь только воду в течение 16 часов. В оставшиеся 8 часов ешь все, что хочешь, – они называются «окном для еды». Если трудно выдержать 16 часов голода, можно остановиться на 14. Меньше нет смысла, аутофагия не запустится.
Совершенно никакой роли не играет, в какой период суток ты отказываешься от еды. Допустимо поужинать в десять вечера и поесть потом впервые на ланче в два дня. Или ничего не есть после четырех и позавтракать в восемь. Главное – выдержать время голодания, чтобы вся еда покинула пищеварительный тракт и клетки организма восполняли затраты энергии, утилизируя все сломанное или старое.
Рекомендуется на «завтрак» приготовить что-то углеводное, чтобы глюкоза побыстрее поступила в кровь. Второй прием пищи – через четыре часа, третий – еще через четыре. Количество еды – как обычно, не меньше. Вес сбрасывается за счет того, что во время голодания запасы жира тоже подчистятся.
В «окне» очень важно трехразовое питание. Если есть реже, потребуются большие порции, чтобы восполнить потребность в питательных веществах. А отсюда возможна дискенезия желчных путей – чтобы выбросить сразу много желчи, спазмы в кишечнике – чтобы всю эту пищу разом на выход направить.
* 5/2. Выбираешь любые два дня в неделю, чтобы голодать и пить только воду. Если только воду не получается, можно что-то до 500 ккал. Кстати, это не так уж мало – например, 400 г 5 % творога, или 300 г постной ветчины, или полплитки шоколада.
Важные детали
Аутофагию замедляет частое дробное питание и избыток сладкого. Если есть слишком часто, непрерывное поступление питательных веществ «расслабляет» ответственные за аутофагию лизосомы, и они долгое время ею вообще не занимаются: «А зачем, вдруг нас опять накормят!» Точно так же действует сладкое, поэтому его можно есть утром, когда нам требуется много энергии, но не перед сном.
Ускоряют аутофагию небольшие и кратковременные стрессы. Причем неважно, какого вида – эмоциональное потрясение или физическая перегрузка. Так что смотри триллеры и ужастики или бегай по парку.
А еще ее стимулируют: кофе, темный виноград, малина, гранаты, клубника, грейпфрут, куркума.
Плюсы интервальной диеты
Не надо готовить особую еду, можно оставить в рационе все привычное, кроме чипсов (жира и соли много) и сладостей (аутофагию тормозят).
Она предупреждает развитие диабета второго типа, некоторых вариантов старческой деменции и неврологических заболеваний, снижает артериальное давление.
Смягчается течение бронхиальной астмы, экземы и псориаза.
Иммунная система гармонизируется и укрепляется.
Из-за повышения концентрации гормона голода прелина улучшается память.
Полно энергии и отличное настроение.
В чем минусы
Длительные периоды голода могут провоцировать булимию – человек начинает есть непрерывно на протяжении всего пищевого окна.
Противопоказания
Беременность.
Диабет первого типа.
Сердечная аритмия – неизвестно, как на голоде сердце себя поведет.
Заболевания желудка и кишечника.
На интервальном питании сидят Дженнифер Анистон, Бейонсе, Филипп Киркоров, Хью Джекман, Екатерина Андреева.
Певец Моби тоже сторонник «голодовок». У него есть свой ресторан, где он часто сидит с друзьями за ужином, и при этом ничего не ест.
Бенедикт Камбербэтч придерживается системы 5/2.
У Холи Берри сахарный диабет первого типа, при котором не рекомендуют интервальные диеты. А ей на практике отлично помогает.
Витамины и другие БАДы в этом случае тоже еда, и в «голодные» 16 часов их принимать нельзя.
Подробнее
Медицинский лекторий
«ДомоденТ» — это многопрофильная клиника, которая оказывает все виды стоматологических и лор-услуг для жителей г. Домодедово и Московской области.
Промышленный холдинг Evers Group Rus – это компания производитель инновационных и традиционных медицинских изделий, входит в число лидеров отечественного рынка фармпредприятий.
Нова Клиник — сеть специализированных центров репродукции и генетики человека в Москве, где проводится полный комплекс диагностических и лечебных мероприятий, направленных на преодоление бесплодия.
Сахарный диабет и ожирение. Новый взгляд на проблему.
Что будет, если постоянно есть яблоки, рассказала диетолог
Сладость с изюминкой: что нужно знать о пользе горького шоколада
Как провести детоксикацию организма с помощью дыхания
Медики назвали лучшее время для отхода ко сну
Причины отёков. Кто виноват и что делать
Вредные и полезные продукты для слизистой ЖКТ
Цирроз печени: кому он грозит и действительно ли его нельзя вылечить?
5 главных мифов о витамине С
Названы характерные для каждой группы крови заболевания
Почему колени чаще болят у женщин?
Токсиколог объяснил, как действовать при отравлении грибами
Названы опасные для детей комнатные растения
Действовать срочно: врачи объяснили, что делать, если разбился градусник в квартире
Какие продукты помогут защититься от вирусов
5 причин есть тыквенные семечки каждый день. Спортсменам точно стоит добавить их в рацион