Mūsų žarnynuose – 4 mlrd. metų senumo procesai?

1602 metais Ispanijos flotilei plaukiojant Ramiuoju vandenynu, ties vakariniais Meksikos krantais, jūreiviai netikėtai pasiligojo. „Pirmasis simptomas buvo viso kūno skausmas, dėl kurio žmonės pasidarė labai jautrūs prisilietimams. Ant kūno, ypač žemiau liemens, atsirado purpurinės dėmės; jūreivių dantenos taip sutino, kad jie negalėjo sukąsti dantų ir galėjo tik gerti. Galų gale jie pradėjo mirinėti – staiga, kalbėdami“, - rašė ekspedicijos kunigas Antonio de la Ascensiónas.

Įgula susirgo skorbutu – liga, kuri tuomet buvo ir labai nemaloniai pažįstama, ir itin paslaptinga. Niekas nežinojo, dėl ko ji smogia būtent jūreiviams, niekas nežinojo ir kaip ją gydyti. Tačiau tos 1602 kelionės metu A. de la Ascensiónui teko laimė stebėti tai, ką jis pavadino stebuklu: kol jūreiviai, išlipę į krantą, laidojo mirusius, vienas ligotas jūreivėlis paėmė kaktuso vaisių ir jį suvalgė. Netrukus jis pasijuto geriau, todėl jo pavyzdžiu pasinaudojo ir kolegos.

„Visi pradėjo valgyti tuos vaisius ir prisinešė jų į laivą, o po dviejų savaičių visi buvo sveiki“, - rašė kunigas.

Per kitus du šimtmečius vis labiau aiškėjo, kad skorbuto priežastis yra vaisių ir daržovių stoka ilgo nuotolio kelionėse. XVIII a. pabaigoje britų karinis laivynas į plaukiojimus leisdavosi tik apsirūpinęs milijonais litrų citrinų sulčių, tokiu būdu apsisaugodamas nuo skorbuto. Tačiau tik 1928 metais vengras biochemikas Albertas Szent-Gyorgyi išsiaiškino, kas tiksliai gydo skorbutą: vitaminas C.

A. Szent-Gyorgyi eksperimentai tapo XX a. pradžios mokslinių tyrimų, kuriais buvo dalinai nustatytos vitaminų funkcijos, dalimi. Mokslininkai išsiaiškino, kad žmonių organizmui labai nedideliais kiekiais būtinos 13 organinių molekulių. Bet kurio iš vitaminų trūkumas sukeldavo skirtingas ligas: vitamino A stoka – aklumą, vitamino B12 – sunkią anemiją, vitamino D – rachitą.

Šiais laikais vitaminai vis dar yra aktualus mokslinių tyrimų objektas, tačiau daugiausiai domimasi kokiomis dozėmis juos reikia vartoti, kad žmonės būtų kuo sveikesni. Tačiau šiais tyrimais nebandoma atsakyti į vieną paprastą klausimą: kaip gi nutiko kad tapome taip priklausomais nuo šių ypatingų molekulių?

Naujausi vitaminų tyrimai pateikė vieną-kitą atsakymą. Panašu, kad vitaminai buvo esminiai gyvybinių procesų elementai dar pačioje gyvybės egzistavimo pradžioje prieš 4 mlrd. metų. Ankstyvosios gyvybės formos vitaminų galėjo pasigaminti pačios, tačiau kai kurios rūšys (taip pat ir mes, žmonės) šio gebėjimo neteko. Atsirado tarprūšinė priklausomybė nuo vitaminų ir susikūrė sudėtingi molekulių srautai, kuriuos mokslininkai pavadino „vitaminų transportu“.

Universali chemija

Visus vitaminus gamina gyvos ląstelės – mūsų arba kitų rūšių atstovų. Pavyzdžiui, mūsų odos ląstelės pradeda gaminti vitaminą D, kuomet saulės spinduliai paveikia cholesterolio pirmtaką. Citrinmedis vitaminą C gamina iš gliukozės. Vitaminų sintezė dažniausiai būna įmantrus, sudėtingas procesams. Kai kurių rūšių atstovų organizmuose vitamino B12 sintezė vyksta panaudojant net 22 skirtingus baltymus.

Baltymai gali būti sudaryti iš tūkstančių atomų, o vitaminai yra gerokai mažesnis - kartais vos iš kelių dešimčių atomų. Bet nepaisant tokio dydžių skirtumo, vitaminai papildo ir išplečia mūsų organizmo cheminį lankstumą. Vitaminai padeda baltymams vykdyti reakcijas, kurių jie negalėtų atlikti patys savaime. Pavyzdžiui, vitaminas B1 padeda baltymams iš molekulių atskirti anglies dvideginį.

Ir vitaminai atliekant tokias chemines reakcijas talkina ne tik mūsų, bet ir visuose gyvuose organizmuose. „Apie ką bekalbėtume – apie bakterijas, grybus, augalus ar žmones – vitaminų reikia visiems“, - sakė Delavero universiteto (JAV) biochemikas Haroldas B. White'as.

Tokia universali vitaminų chemija, tikėtina, yra evoliucijos pasekmė. Mokslininkai iš esmės sutaria, kad dabartinė žemės gyvybės įvairovė išsivystė iš chemiškai paprastesnių formų, gyvavusių prieš keturis milijardus metų. Tie priešistoriniai organizmai genetinę informaciją perdavinėjo per viengubos grandinės DNR variantą, vadinamą RNR. Tais laikais RNR atlikdavo dvigubą vaidmenį – pernešdavo genetinę informaciją (dabar šią funkciją atlieka DNR) ir katalizuodavo chemines reakcijas (šią funkciją perėmė baltymai).

Dr. H. White'as buvo vienas iš pirmųjų mokslininkų, rimtai susimąsčiusių apie šį priešistorinį „RNR pasaulį“. 1975 metais jis iškėlė idėją, kad vitaminai padėjo RNR molekulėms atlikti jų vykdomas chemines reakcijas. Ir nors šį darbą dabar perėmė baltymai, pastariesiems vis dar reikalingi vitaminai. „Dabar nėra jokių galimybių atsikratyti jų poreikio“, - sakė mokslininkas.

Iškėlus tokią teoriją, kiti mokslininkai iš pradžių skeptiškai šnairavo. „Žmonės sakydavo: „O kaip tu savo idėjas patikrinsi?“ Aš jiems atsakydavau „Niekaip.“ Tuomet negalėjau sugalvoti jokio būdo šiam darbui atlikti“, - prisiminimais dalijosi mokslininkas.

Ir tik praėjus beveik keturiems dešimtmečiams technologijų pažanga suteikė biochemikams reikalingus įrankius. Simono Fraserio universiteto (JAV) biochemikas Dipankaras Senas H. White'o idėjos tikrinimo ėmėsi 2007 metais.

Po šešerių metų apmąstymų, metodų kūrimo ir eksperimentavimų, dr. D. Senas su doktorantu Paulu Cernaku atrado RNR grandinę, kuri, prisijungusi vitaminą B1, sugebėjo atplėšti anglies dvideginį nuo kitos molekulės. Šią funkciją B1 atlieka ir dabar, tik jungiasi prie baltymo. Šį H. White'o teoriją atitinkantį atradimą dr. P. Cernakas ir dr. D. Senas aprašė recenzuojamame žurnale „Nature Chemistry“.

Prarastas gebėjimas

Išsivysčius gebėjimui pasigaminti vitaminų, kai kurių rūšių atstovai tai darė itin efektyviai. Pavyzdžiui, augalai tapo vitamino C fabrikais – jo vaisiuose ir lapuose buvo gausybė. Manoma, kad iš pradžių vitaminas C saugojo augalus nuo streso – šią funkciją vitaminas C iki šiol atlieka kituose organizmuose, taip pat mūsų. Tačiau bėgant laikui šio vitamino funkcija augaluose pasikeitė – jis pradėjo reguliuoti vaisių vystymąsi.

Augalai didžiulį vitamino C gamybos efektyvumą pasiekė per šimtus milijonų metų, tačiau jų gamyba galėtų pasikeisti ir labai greitai. Mūsų pačių protėviams prireikė vos kelių tūkstančių metų, kad pakeistume vitamino D gamybą. Žmonėms iškeliavus iš Afrikos pusiaujo regiono ir paplitus aukštesnėse platumose, Saulė buvo gerokai žemiau danguje ir žmonės gaudavo mažiau ultravioletinės spinduliuotės. Europiečiai ir azijiečiai, kurių oda pašviesėjo, įgijo gebėjimą efektyviau gamintis pakankamą kiekį vitamino D.

Me vitaminų D ir K, mes, žmonės, daugiau nebegalime pasigaminti jokių mūsų sveikatai būtinų vitaminų. Kai kuriais atvejais mūsų protėviais juos gamintis galėjo, tačiau mes tą gebėjimą jau praradę. Pavyzdžiui, mūsų protėviai žinduoliai prieš 100 mln. metų niekada nesirgo skorbutu, nes galėjo patys pasigaminti vitamino C.

Daugelis stuburinių iki šiol geba gamintis vitamino C – tam jie naudojasi identišku genų rinkiniu. „mes taip pat turime tą patį genų rinkinį, taigi, turėtume galėti pasigaminti ir šio vitamino“, - sakė Prancūzijos Nacionalinio žemės ūkio tyrimų instituto mokslininkė Rebecca Stevens.

Tačiau mūsų, skirtingai nei varlių ar kengūrų, genome, viename iš vitamino C gamybai reikalingų genų (GULO), yra mutacija, neleidžianti organizmui sintezuoti sveiką GULO baltymą, o tai savo ruožtu tampa neįveikiama kliūtimi vitamino C gamyboje.

„Ir taip yra ne tik mums – ši mutacija yra sena“, - sakė molekulinės evoliucijos biologijos specialistas Guy'us Drouinas iš Otavos universiteto (Kanada). Jis kartu su kitais mokslininkais nustatė, kad artimiausi žmonių giminaičiai – žmogbeždžionės ir beždžionės – taip pat turi neveiksnius GULO genus, dažnai su lygiai tokiomis pačiomis mutacijomis. Dr. G. Drouinas daro išvadą, kad mums ir šiems primatams bendras protėvis gebėjimo gamintis vitaminą C neteko maždaug prieš 60 mln. metų.

Vitamino C fabrikėlį uždarė ne tik žmonės

Primatai nėra vieninteliai gyvūnai su neveiksniu GULO genu – tai, beje, buvo viena iš priežasčių, kodėl mokslininkai sugebėjo šį vitaminą atrasti. Dr. A. Szent-Gyorgyi išsiaiškino, kad jūrų kiaulytės, skirtingai nei kiti graužikai, gali susirgti skorbutu. Paaiškėjo, kad jų GULO geną sugadino kitoks mutacijų rinkinys nei žmonėms.

GULO genas nėra veiksmingas ir kai kurių kitų linijų gyvūnams – pvz., šikšnosparniams, paukščiams. Mokslininkai nustatė, kad gyvūnai vitamino C sintezės gebėjimą praranda tuomet, kai pradeda maitintis maistu, kuriame šio vitamino gausu. Pavyzdžiui, mūsų protėviai primatai pradėjo maitintis vaisiais ir lapais, todėl jiems per maistą vitamino C gaudavo netgi daugiau nei reikėjo poreikiams patenkinti.

„Gali pasirodyti, jog prarasti geną, kuris suteiktų nepriklausomybę yra nenaudinga. Tačiau jei ilgą laiką jūsų aplinkoje vitaminų yra pakankamai, tai genas tampa nereikalingu“, - sakė Kembridžo universiteto (Jungtinė Karalystė) mokslininkė Katherine E. Helliwell, kurios apžvalginį straipsnį apie gebėjimo gamintis vitaminus nykimą publikavo recenzuojamas žurnalas „Trends in Genetics“.

Dabar mokslininkai gali be vargo surašinėti tūkstančių skirtingų rūšių atstovų genomus, todėl jie aptinka daug daugiau atveju, kuomet vitaminus gaminantys genai būna mutavę ar net apskritai išnykę. Pietų Kalifornijos universiteto (JAV) mokslininkas Sergio Sanudo-Wilhelmy su kolegomis neseniai peržvelgė 400 labiausiai paplitusių vandenynų bakterijų genomus. Straipsnyje kuris bus publikuotas žurnale „Annual Review of Marine Science“, jie rašo, kad 24 proc. bakterijų neturi geno, kuris gamina vitaminą B1, o 63 proc. negali pasigaminti vitamino B12.

Šie neseniai atlikti tyrimai kelia nuostabą, nes ilgą laiką buvo manyta, kad bakterijos yra savarankiškos, kuomet kalbama apie vitaminus. Dabar mokslininkams reikia išsiaiškinti, dėl ko tiek daug bakterijų rūšių vandenynuose neišgaišo dėl bakterinės skorbuto atmainos.

„Kažkodėl bakterijų įvairovei tai naudinga, bet mes nežinome kodėl“, - sakė dr. Sanudo-Wilhelmy.

Tik neseniai mokslininkai pradėjo matuoti vitaminų kiekį jūros vandenyje. Jie atrado, kad esama vietų, kuriose kai kurių vitaminų yra gausu, o taip pat – tikrų vitaminų dykumų. Tikėtina, kad toks vitaminų koncentracijos skirtumas lemia ne tik tuose vandenyse gyvenančių bakterijų bei dumblių, bet ir sudėtingesnių gyvūnų, kurie jais maitinasi, įvairovę.

Vitaminai tarp organizmų sudėtingais srautais juda ne vien vandenynuose. Pavyzdžiui, mes, žmonės, negalime patys pasigaminti vitamino B12, todėl turime jo gauti su maistu. Vienas iš būdų pasipildyti šio junginio atsargas – valgyti jautieną, kurioje jo yra. Pasirodo, karvės ir kai kurie kiti mūsų valgomi gyvūnai taip pat patys negali pasigaminti vitamino B12 – už juos šį darbą atlieka jų žarnynuose gyvenančios bakterijos.

Mūsų organizmuose taip pat gyvena tūkstančiai rūšių bakterijų, kurios, maitindamosi mūsų praryjamu maistu, sintezuoja vitaminu. Ar tai reiškia, kad esame priklausomi nuo vidinio vitaminų srauto? „Tai kol kas tik teorija. Tačiau daugėja duomenų, kad bakterijos gali pagaminti kai kuriuos mums reikalingus vitaminus“, sakė Korko universitetinio koledžo (Airija) mikrobiologas Douwe van Sinderenas.

Jeigu tai yra tiesa, vadinasi, apie savo organizmus galėtume galvoti kaip apie savarankiškus vitaminų srauto vandenynus – savotišką atgarsį procesų, vykusių prieš keturis milijardus metų.

   

Facebook komentarai