Японский ученый получил «Нобеля» за клеточное «самоедство. Методика голодания Есинори Осуми: польза аутофагии для организма Клетки могут «поедать» себя сами

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:

Биолог проводил эксперимент на мутированных грибах, которые не имеют механизма разложения белка.
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.
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.
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:

Схема голодания	Описание
	Это восьмичасовое пищевое окно, или трехразовая система. Данная схема циклического голодания самая распространенная. Суть – на протяжении дня 16 ч нужно воздерживаться от еды, а в оставшиеся 8 организовывать приемы пищи. Оптимальный вариант: 8 ч – завтрак; 12 ч – обед; 16 ч – ужин. Можно выбрать и другой вариант, главное, чтобы между крайними приемами пищи был интервал 8 ч. Схему разрешено соблюдать ежедневно.
	Десятичасовое пищевое окно – самая щадящая схема голодания. Приемы пищи должны организовываться в течение 10 ч: 8 ч – завтрак; 11 ч – ланч; 14 ч – обед; 16 ч – полдник; 18 ч – ужин.
	Четырехчасовое пищевое окно: в 8 или 12 ч – первый калорийный прием пищи; В 14 или 16 ч – второй калорийный прием пищи.
	Это суточное голодание от одного любого приема пищи до другого, например, от завтрака до завтрака следующего дня. Допускается проводить 1-2 раза еженедельно.
	Схема «через сутки», суть которой – в голодании на протяжении 36 ч. Методика предполагает завтрак в 8 ч утра и отказ от еды до 20 ч следующего дня.
	На протяжении 5 дней нужно полноценно питаться, а 2 выходных – поститься или употреблять не более 500 ккал.

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.

Объявлением лауреата премии по физиологии и медицине началась в понедельник в Стокгольме ежегодная Нобелевская неделя.

«Осуми известен в научном мире, свои ключевые работы он делал с 1992 года. Главное его достижение - открытие генов аутофагии, которые вовлечены в этот процесс у дрожжей. Затем другие ученые присутпили к изучению этих генов у млекопитающих и у человека. Оказалось, что это очень консервативная группа генов, которая включает порядка 30 генов, которые сохранились в ходе эволюции и выполняют исходные функции, и профессор Осуми был фактически родоначальником этой области, — пояснил Валерий Поспелов. В 1974 году профессор Кристиан де Дюв получил Нобелевскую премию за открытие лизосом.

Суть аутофагии в том, что различные органеллы клеток, подлежащие деградации, помещаются в структуры аутофагосомы, которые сливаются с лизосомами, образуя аутофаголизосому, где специальные ферменты участвуют в деградации белков.

«Фактически аутофагия имеет отношение к таким процессам, как рак и старение.

Когда нарушается процесс аутофагии, могут возникать такие проблемы, как болезнь Паркинсона, или рак, — пояснил ученый, --Ведь раковые клетки, беспрерывно делятся и получают поддержку от процесса аутофагии, так как он выполняет защитную функцию, клетка получает карт-бланш на дальнейшее деление. И на борьбу с этим направлены усилия молекулярных онкологов и биологов, чтобы найти адекватные вещества-ингибиторы, способные подавлять протекторную функцию аутофагии в раковых клетках».

Кстати, Осуми уже назывался в качестве кандидата на получение Нобелевской премии компанией Thomson Reuters, правда, еще в 2013 году.

Ранее наиболее вероятными претендентами на Нобелевскую премию в этой области три группы ученых, сделавшие вклад в борьбу с раком.

3 октября Нобелевский комитет объявил лауреата премии по физиологии и медицине. Им стал японец Ёсинори Осуми. Формулировка премии звучит так: "За открытие механизмов аутофагии". Что такое аутофагия? Чем она важна с практической точки зрения? Как аутофагия связана с голоданием и потерей массы? Почему она помогает раковым опухолям выжить? И, наконец, почему лауреатом стал один человек, а не несколько, как обычно? Объясняет журналист и биолог Светлана Ястребова.

Профессор Токийского технологического института Ёсинори Осуми был на своём рабочем месте в лаборатории, когда ему позвонили из Нобелевского комитета с неожиданным известием: он стал лауреатом премии по физиологии и медицине в 2016 году. 71-летний японец по-прежнему активно работает над темой аутофагии, за изучение которой он и удостоился высшей научной награды.

Клеточная свалка

Аутофагия находится в центре научных интересов Осуми уже 27 лет. В конце 1980-х, когда он только начал свои работы по этой теме, было известно, что клетки каким-то образом избавляются от своих структур и отдельных молекул, ставших вдруг ненужными. Впрочем, было бы странно, если бы это было не так: все организмы способны удалять отходы жизнедеятельности.

Уже давно учёные знали, что в клетках находятся специальные органоиды под названием лизосомы . В них неоднократно обнаруживали полуразрушенные фрагменты других клеточных структур. Да и сам термин "аутофагия" предложили ещё задолго до работ Осуми. Это слово в 1963 году придумал Кристиан де Дюв - учёный, который и сам стал лауреатом Нобелевки по физиологии в 1974-м за открытие лизосом.

Кроме лизосом, биологи обнаружили аутофагосомы – "тележки" для подвоза фрагментов клетки к лизосомам. Когда какой-то компонент клетки становится ненужным, его окружает специальная мембрана, и получается пузырёк с органоидом (или его частью) внутри. Этот пузырёк подходит к лизосоме и сливается с ней. Там "мусорный" фрагмент клетки находит свой последний приют - особые ферменты расщепляют его на простые составляющие.

Долгое время лизосомы считали чем-то вроде "свалки" для всех ненужных структур клетки. Правда, такая точка зрения не давала ответа на вопрос: как клетка обновляет себя? Почему "свалка" не вырастает в размерах в десятки и сотни раз за всю долгую жизнь таких клеток, как, например, нейроны? И раз такие вопросы возникали, было логичным предположить, что клетки (в отличие от большинства людей) не зависят на сто процентов от внешних источников пищи и используют имеющиеся внутренние ресурсы по нескольку раз. Чтобы выяснить, как именно это происходит, нужно было отыскать вещества, запускающие и поддерживающие реакции переработки вышедших из строя органоидов и молекул.

Поэтому через несколько лет после обнаружения лизосом, в 1980-х, исследователи переключили своё внимание на заново открытые органоиды - протеасомы . Как следует из их названия, они имеют дело с протеинами - а попросту, с белками. Оказалось, что "путёвкой" в протеасому для белка служит "чёрная метка" - молекула убиквитина . Такой меченый белок попадает в протеасому и разлагается там за счёт ферментов-протеаз на аминокислоты. Затем эти аминокислоты клетка использует для построения других белков. В день человеку нужно 200-300 граммов протеина, но с пищей поступает только около 70. Остальное клетки получают, перерабатывая ненужные белки в протеасомах.

Изучение протеасом тем не менее не дало ответа на вопрос, как клетка перерабатывает фрагменты крупнее, чем отдельные молекулы белков. Что в лизосомах перерабатывает большие куски органоидов? Об этом до работ Ёсинори Осуми никто не знал.

Волшебные грибы

Осуми выбрал в качестве объекта для экспериментов дрожжи - одноклеточные грибы, которые быстро размножаются бесполым путём. Наблюдать за их ростом и развитием довольно легко, если иметь обычный световой микроскоп. С одной стороны, дрожжи - простые организмы, и все их клетки имеют более-менее одинаковую структуру. С другой, они, как и у всех грибов, по строению достаточно близки к животным, а значит, и к человеческим. В клетках грибов, как и в наших собственных, есть ядро, митохондрии (органоиды для выработки энергии), есть аппарат для производства белков и аппарат для их деградации (протеасомы). Есть у дрожжей и аналог лизосом животных - вакуоли. Они достаточно крупные, чтобы за их изменениями можно было наблюдать в микроскоп.

Для аутофагии не принципиально, какие белки разрушать - образованные в самой клетке или за её пределами. А это значит, что с её помощью можно избавиться и от вирусов и бактерий, попадающих в клетки и вызывающих различные болезни. Показано, что возбудители вирусных и бактериальных заболеваний в ходе эволюции вырабатывают сложные механизмы защиты , чтобы не попадаться под горячую руку аутофагосом или остановить их действие. Вообще аутофагия важна для множества процессов в иммунной системе , начиная от воспаления и заканчивая защитой от вирусов и бактерий.

Наконец, аутофагия полезна и в том случае, когда строение клетки нужно быстро и часто перестраивать. Такая потребность возникает при эмбриональном развитии. Изменения, которые происходят в тканях зародыша, развиваются стремительно именно за счёт активной аутофагии. Одни части клетки, которые выполнили свою функцию, разлагаются на составные элементы, и из них строятся новые, "более актуальные" органоиды. Нарушение процессов аутофагии у эмбрионов приводят к тому, что их развитие существенно замедляется.

Одинокий самурай

С 2011 года и до настоящего момента Нобелевская премия по физиологии и медицине ни разу не доставалась одному человеку. Всегда находилось несколько исследователей, чьи научные интересы лежали в одной области. А в случае Ёсинори Осуми это оказалось не так. Почему?

Вряд ли мы сможем в скором времени узнать точный ответ на этот вопрос: личности номинантов и людей, выдвинувших их кандидатуры в 2016 году, будут хранить в секрете ближайшие 50 лет. Но одно можно сказать точно: когда Осуми начинал свои исследования аутофагии, ею не интересовался почти никто. Однако все крупные учёные, которые внесли свой вклад в обнаружение лизосом, аутофагосом и исследование их функций, в 1990-х уже имели награды от Нобелевского комитета.

Осуми в своей научной карьере сделал ставку на малоизученную непопулярную тему и не проиграл. Правда, по признанию лауреата, он не ставил себе целью получить престижную премию. В одном из недавних интервью он отметил: "Не все молодые специалисты достигнут успеха в науке, но попытаться точно стоит". Как мы видим, его попытка оказалась успешной.

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.