Нобелевская премия за голодание. Периодическое голодание, долгая здоровая жизнь и клеточная аутофагия

В заявлении Нобелевского комитета отмечается, что Осуми "открыл и выяснил механизмы, лежащие в основе аутофагии, фундаментального процесса уничтожения и утилизации клеточных компонентов". Само слово "аутофагия" происходит от двух греческих слов — "auto", означающего "я", и "phagein", означающего "поедать". Таким образом, оно буквально обозначает "самопоедание" (в вольном переводе "самоедство").

Аутофагия известна уже более 50 лет, но её фундаментальное значение для физиологии и медицины было признано только после исследований Осуми, проведённых в 1990-х годах. Именно благодаря этим работам он и получил Нобелевскую премию.

Общее понимание аутофагии появилось у учёных в 1960-х годах, когда исследователи впервые понаблюдали за тем, как клетки уничтожают своё собственное содержимое с помощью заключения последнего в мембраны. В ходе этого процесса формируются везикулы , похожие на мешки образования, которые затем доставляются в "отсек" переработки в клетке, называемый лизосома), для последующего уничтожения.

Органелла (составляющая клетки) аутофагосома поглощает компоненты клетки и затем отдаёт их на "съедение" лизосоме, в которой происходит их разрушение.

Но из-за недостатка информации было сложно изучить особенности данного феномена. Осуми провёл серию блестящих экспериментов в начале 1990-х годов. В частности, учёный использовал пекарские дрожжи для выявления генов, определяющих ход процесса аутофагии. Затем исследователь приступил к выяснению механизмов, лежащих в основе "самопоедания" в дрожжах и показал, что подобные сложные механизмы используются и в клетках человека.

Открытие Осуми привело к новой парадигме в понимании учёными того, как клетки перерабатывают своё содержимое. Его открытие помогло проложить путь к пониманию фундаментального значения аутофагии во многих физиологических процессах - например, адаптации к голоданию.

Мутации генов, контролирующих процесс аутофагии, могут вызывать заболевания. Кроме того, процесс аутофагии — важная составляющая онкологических и неврологических заболеваний.

Расскажем немного об истории, без которой не было бы и самого открытия. В середине 1950-х годов учёные выявили новый специализированный клеточный "отсек" - органеллу, содержащую ферменты, которые перерабатывают белки, углеводы и жиры. Органеллу назвали лизосомой и определили её функции (рабочая станция для уничтожения клеточных компонентов).

К слову, бельгийский учёный Кристиан де Дюв был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1974 году за открытие лизосом.

Термин "аутофагия" был впервые предложен в 1963 году бельгийским биохимиком Кристианом де Дювом, который совместно с коллегами получил Нобеля по медицине в 1974 году.

Новые наблюдения в 1960-х годах показали, что большое количество клеточных компонентов и даже целые органеллы иногда могут быть найдены внутри лизосом.

Получается, клетки обладают стратегией доставки больших "грузов" в лизосомы. Дальнейшие биохимические и микроскопические исследования выявили новый тип везикул, транспортирующих такие клеточные грузы в лизосомы для последующего уничтожения. Кристиан де Дюв ввёл термин аутофагия, "самопоедание", чтобы описать этот процесс. Новый же тип везикул был назван аутолизосомы (или аутофагосомы).

В течение 1970-х и 1980—х годов исследователи фокусировались на объяснении работы другой системы, используемой для уничтожения белков -протеасом.И в рамках данной темы Аарон Чехановер , Аврам Гершко и Ирвин Роуз были удостоены Нобелевской премии 2004 года в области химии за "открытие роли убиквитина в клеточной системе деградации белков в протеасомах". Протеасомы эффективно уничтожают белки "по одному", но этот механизм не объясняет, как клетки избавляются от крупных белковых комплексов и "изношенных" органелл.

Японский учёный Осуми принимал активное участие в различных исследованиях, но при запуске собственной лаборатории в 1998 году он сфокусировался на изучении уничтожения белков в вакуоли дрожжей — органелле, функции которой в человеческих клетках выполняет лизосома. Дрожжевые клетки относительно просты в исследовании и, следовательно, часто используются в качестве модели для клеток человека. Они особенно полезны для идентификации генов, которые играют важную роль в сложных клеточных процессах.

Но Осуми столкнулся с серьёзной проблемой - дрожжевые клетки маленькие и их внутреннюю структуру не так легко различить под микроскопом. Учёный даже сомневался, происходит ли в этом случае аутофагия. Исследователь посчитал, что если он сможет остановить процесс уничтожения материала в вакуоли, то аутофагия присутствует - затем аутолизосомы должны будут накапливаться внутри вакуолей и становиться видимыми под микроскопом.

Учёный культивировал мутировавшие дрожжи с недостающей вакуольной деградацией и одновременно стимулировал в них аутофагию, заставив клетки голодать. И результаты оказались поразительными. В течение нескольких часов вакуоли наполнились маленькими везикулами, которые ещё не были уничтожены. Везикулы являлись аутолизосомами, и эксперимент учёного доказал, что аутофагия существует в дрожжевых клетках. Но что ещё более важно - теперь учёный получил способ для выявления и описания ключевых генов, вовлечённых в этот процесс. Это революционное исследование было опубликовано более 20 лет назад - в 1992 году.

Позднее Осуми воспользовался своими модифицированными штаммами дрожжей, в которых аутолизосомы накапливались в течение голодания. Это накопление не должно было происходить, если гены, ответственные за аутофагию, были инактивированы. Осуми обработал клетки дрожжей химическим веществом, которое выборочно вводило мутации во многие гены, и затем он стимулировал аутофагию. Его стратегия сработала.

Осуми выявил первые гены, необходимые для аутофагии. И в ходе последующих экспериментов учёным были функционально охарактеризованы белки, закодированные этими генами. Результаты исследований показали, что аутофагия контролируется целым каскадом белков и белковых комплексов, каждый из которых регулирует отдельные стадии, такие как зарождение или формирование аутолизосом.

Осуми изучал тысячи мутантных штаммов дрожжей и определил 15 генов, которые отвечают за механизм аутофагии.

После определения механизма аутофагии в дрожжах всё же остался нерешённым один вопрос: существует ли соответствующий механизм для контроля этого процесса в других организмах? Вскоре выяснилось, что практически идентичные процессы происходят и в клетках человека. Теперь учёным стали доступны инструменты, необходимые для изучения значения аутофагии в организме человека.

И благодаря Осуми и его последователям сегодня мир знает, что аутофагия контролирует важные физиологические функции, в которых клеточные компоненты должны быть переработаны или уничтожены.

Аутофагия может быстро предоставить "топливо" и строительные блоки для обновления клеточных компонентов. Следовательно, процесс имеет важное значение для клеточного ответа на голодание и другие виды стресса. Кроме того, во время инфекции аутофагия помогает остановить .

Аутофагия также способствует эмбриональному развитию и клеточной дифференцировке . Клетки также используют аутофагию для устранения повреждённых белков и органелл — этот механизм "контроля качества" имеет решающее значение для борьбы с негативными последствиями старения.

Аутофагия связана с такими физиологическими процессами как развитие зародыша человека и дифференцировка клеток, различными стрессовыми ситуациями в организме. Аутофагия имеет место при нейродегенеративных заболеваниях, раке и различных инфекциях.

Кстати, нарушение процессов аутофагии связывались также с болезнью Паркинсона, диабетом второго типа и другими заболеваниями, которые, как правило, появляются в пожилом возрасте.

Мутации генов, важных для аутофагии, могут быть вызваны генетическим заболеванием, также нарушение механизмов аутофагии связано с онкологией. Сегодня ведутся многочисленные исследования по разработке препаратов, предназначенных для стимуляции аутофагии при различных заболеваниях.

Напомним, что сегодня, 3 октября, в Стокгольме началась Нобелевская неделя. По традиции, её начало ознаменовало .

Японский биолог Есинори Осуми в 2016 году получил Нобелевскую премию за объяснение аутофагии – механизма избавления клеток от всех старых клеточных компонентов, которые выполнили свою роль. Есинори Осуми выявил пользу этого процесса и условия, при которых он происходит.

Механизмы аутографии

Осуми в течение многих лет изучал взаимосвязь духовных практик и голодания. В процессе он доказал, что при нехватке питательных веществ клетки начинают самоуничтожение устаревших ресурсов. Это и называется аутофагией. Она является единственным способом обновления клеточных структур.

Термин «аутофагия» был введен в биологию еще в 1974 г. до открытия Есинори Осуми.

Его придумал Кристиан де Дюв, который также обнаружил аутофагосомы – «транспорт» для доставки клеточных структур к лизосомам. Суть исследований Есинори Осуми – в следующем:

1. Биолог проводил эксперимент на мутированных грибах, которые не имеют механизма разложения белка.
2. Аутография Есинори Осуми показала, что не видоизменялись только клетки, не получавшие питания. Грибы, находившиеся в условиях пищевой нехватки, стали накапливать в себе аутофагосомы и использовать уже имеющиеся у них ресурсы.
3. Открытие Есинори Осуми заключается в том, что клетки, не получающие питательных веществ, начинают «съедать» ненужные структуры внутри себя. В результате при голодании человек не чувствует голод.
4. Изучив процессы аутофагии подробнее, японский ученый доказал, что после прекращения доступа еды жировой слой постепенно уменьшается.

Что такое окно питания

Осуми продолжил свои исследования, в ходе которых изучал интервальное голодание и его влияние на мышцы. Им он устраивал «окна питания» – время, в течение которого человек ест. Например, если человек завтракает в 7 ч утра, то указанный период открывается к 8 ч. Если ужин попадает на 8–10 ч вечера, то окно растягивается на 12–14 ч.

Проведенные на животных исследования показали, что те особи, которые периодически голодали, чувствовали себя лучше, жили дольше и меньше болели по сравнению теми, кто питался по обычному режиму. Стоит отметить, что обе группы получали качественные продукты. Это значит, что маленькое окно питания более полезно для организма.

Его основные свойства:

• снижает риск рака груди;
• увеличивает защиту от ультрафиолета;
• снижает кровяное давление;
• улучшает качество сна;
• снижает риск заболевания сердца.

Схемы голодания

Обратите внимание, что система Есинора Осуми, или фастинг-диета, имеет несколько вариантов интервального голодания. Основные из них следующие:

Правила интервальных голодовок

Обратите внимание, что пока вы не привыкнете к голоду, допускается пить зеленый либо слабо заваренный черный чай без добавок. Желание что-нибудь съесть будет волнообразным. Как только человек выпивает воды, голод уходит на несколько часов. Другие правила методики интервального голодания:

• Во время голодания отслеживайте собственные ощущения.
• Заручитесь поддержкой близких.
• Пейте много воды как во время воздержания, так и в период пищевого окна.
• Выходите с голодания постепенно – не переедайте на следующий день после окончания методики.
• Не делайте выводы ранее, чем через месяц регулярного соблюдения правил.
• Не давайте себе думать о голоде, занимайтесь делами.

Профессору Токийского технологического института Ёсинори Осуми. Японский ученый удостоился ее за свои фундаментальные работы, объяснившие миру, как происходит аутофагия - ключевой процесс переработки и реутилизации клеточных компонентов.

Благодаря работам Ёсинори Осуми другие ученые получили инструменты для изучения аутофагии не только у дрожжей, но и у других живых существ, включая человека. В ходе дальнейших исследований было установлено, что аутофагия - это консервативный процесс, и у людей он происходит приблизительно так же. При помощи аутофагии клетки нашего тела получают недостающие энергетические и строительные ресурсы, мобилизуя внутренние резервы. Аутофагия задействована при удалении поврежденных клеточных структур, что важно для поддержания нормальной работы клетки. Также этот процесс - один из механизмов программируемой клеточной смерти. Нарушения аутофагии могут лежать в основе рака и болезни Паркинсона. Кроме этого, аутофагия направлена на борьбу с внутриклеточными инфекционными агентами, например, с возбудителем туберкулеза. Возможно, благодаря тому, что когда-то дрожжи открыли нам секрет аутофагии, мы получим лекарство от этих и других заболеваний.