История открытия нанобактерий. Роль нанобактерий в развитии атеросклероза.

Введение.

Бактерии, как известно, поистине вездесущи. Они населяют и атмосферу, и сушу, и океаны, и недра нашей  планеты. Не смотря на микроскопические размеры бактерий, их суммарная биомасса во много раз превосходит биомассу всех других живых организмов на земле вместе взятых. Мало того, что на протяжении большей части истории нашей планеты бактерии были её единственными обитателями, они и сегодня являются доминирующей формой жизни и определяют всю экосистему Земли.

И вот теперь ряд учёных утверждают, что параллельно с  этим миром микроорганизмов существует и неведомый нам пока мир наноорганизмов. Линейные размеры этих организмов лежат в диапазоне от 20 до 150 нанометров, то есть миллиардных долей метра. Таким образом, они существенно меньше, чем все известные сегодня бактерии, споры грибов, или клетки любых тканей многоклеточных организмов. И этот неведомый нам мир, судя по всему, враждебен человеку и опасен для него.

С момента первого описания нанобактерий, субмикронных белково-минеральных  частиц, способных к самовоспроизведению,  не прекращаются споры:  можно ли считать их живыми, или нет. Существуют данные, что нанобактерии играют роль в развитии таких распространённых заболеваний как атеросклероз, камни в почках и желчном пузыре, ревматоидный артрит, болезнь Альцгеймера и других. Однако оппоненты твердят, что нанобактерии слишком малы, чтобы быть живыми.

История открытия нанобактерий.

Официальной датой открытия каменной бактерии, названной за ее малые размеры нанобактерией, считается 1990 год. Впервые ее обнаружил геолог Роберт Фолк (Robert Falk) из университета штата Техас в Остине.  Изучая минеральные отложения горячих источников в окрестностях Рима и используя электронную микроскопию, ученый выявил необычные сферические структуры диаметром от 10 до 200 нм. Сперва Фолк принял их за постороннее загрязнение, однако они оказались поистине вездесущими, и тогда учёный решил, что имеет дело с окаменевшими остатками древних миниатюрных бактерий.  Но вскоре Фолк обнаружил, что эти загадочные структуры продолжают расти, а значит, не могут считаться окаменевшими древними остатками. Поверхность бактерии покрыта каменной оболочкой карбонат-апатита, благодаря которой бактерия защищена от неблагоприятного влияния окружающей среды. В 1992 году учёный выступил с докладом на сессии Американского геологического общества и сообщил им об открытии нанобактерий. У микробиологов доклад вызвал резкое неприятие. Все возражения сводились к тому, что описанные образования слишком миниатюрны, чтобы быть живыми.

В 1996-ом году эксперты НАСА приступили, к изучению метеорита, найденного в Антарктиде. Американцы обнаружили в этом обломке горной породы с Марса наноструктуры, напоминающие те, что Фолк выявил ранее в отложениях итальянских геотермальных источников. После тщательных исследований эксперты НАСА пришли к выводу, что на Марсе некогда существовала, а возможно даже существует и сейчас, примитивная форма жизни в виде карликовых бактерий с размерами от 20 до 100 нанометров.

Идеи высказанные профессором  Фольком  тем не менее послужили основанием для поиска нанобактерий у человека. Приоритет в этом направлении принадлежит группе финских исследователей во главе с Олави Кайяндером.

В 1998 году финский учёный Олави Кайандер проводил серию экспериментов с сывороткой, полученной из мёртвых эмбрионов коров. Для обеспечения стерильности препаратов он пропустил сыворотку через фильтры с порами диаметром 220 микрометров. Однако использовать эту сыворотку в качестве питательной среды для выращивания живых культур клеток млекопитающих учёный не смог — клетки гибли. Не помогло и гамма-облучение сыворотки, к которому прибег Кайандер, чтобы истребить неведомые патогены, непонятно каким образом преодолевшие фильтр. Но и попытки культивировать загадочный патоген, убивавший клетки, не увенчались успехом, и учёный махнул рукой на всю эту историю. Но вмешался случай. Забракованные пробы забыли выбросить, и они пролежали в инкубаторе  долгий срок — 4 месяца. Когда Кайандер на них наткнулся, он увидел, что вся поверхность сыворотки покрыта какой-то странной пеной. Химический анализ показал, что она состоит из фосфата кальция, а электронная микроскопия позволила выявить упорядоченные структуры, внешне напоминающие колонии необычайно мелких бактерий сферической формы.

Как вспоминает учёный, удивительно  было то, что они были видны очень  отчётливо - словно частицы пыли в  луче солнечного света. Он спрашивал  многих коллег, что  они думают по этому поводу, но никто не мог  дать внятного объяснения. Поскольку загадочные структуры обладали способностью, хоть и очень медленно, размножаться, финский учёный предположил, что имеет дело с новой формой жизни. Однако открытие Кайандера было встречено коллегами настороженно, чтобы не сказать "в штыки". Ведь оно грозило перевернуть традиционное представление о том, что есть жизнь. Соперничать с нанобактериями по степени миниатюрности могли только вирусы, но вирусы, как известно, не способны размножаться самостоятельно - им нужна клетка-хозяин. Поэтому открытие Кайандера заставляло задаться рядом фундаментальных вопросов. Например, о минимально возможном размере живого организма или об альтернативных формах жизни не основанных на репликации нуклеиновых кислот (РНК, ДНК).

Впрочем, скептики и критики  выдвигали аргументы, от которых  просто так не отмахнёшься. Они указывали на то, что нанобактерии слишком малы, и в них физически не смогут разместиться молекулы и структуры, без которых никакой обмен веществ, никакое размножение не возможны. Молекулярные механизмы, способные обеспечить элементарные жизненные функции, нуждаются в определённом объёме. И диаметр такой сферы, согласно всем расчётам, никак не может быть меньше 150 нанометров. Ведь одна уже рибосома, тот органоид цитоплазмы, который осуществляет синтез белка в клетке, имеет в диаметре 25 нанометров. Поэтому многие эксперты увидели в открытом Кайандером явлении не размножение неких загадочных нанобактерий, а самый обычный рост минеральных кристаллов.

Но тут на помощь Кайандеру и его коллегам пришли австралийские учёные. Группа геологов изучала образцы песчаника, добытые с глубины в 3,5 км ниже уровня морского дна у западного побережья континента. При этом на поверхности только что распиленных образцов породы учёные обнаружили миниатюрные узловатые нити длиной от 20 до 128 нанометров. Внешне эти наноструктуры напоминали мицелии, то есть грибницу - тончайшие гифы с утолщениями на подобии плодовых тел. А главное они отвечали всем критериям биологической жизни. По аналогии с микробами, австралийские исследователи назвали их "нанобами". А поскольку в них вряд ли найдётся место и для десятка молекул ДНК, не говоря уже про остальные элементы живой клетки, было предположено, что нанобы отличаются от всех прочих организмов не только размерами, но и формой существования. Может быть, они образовывают колонии, чтобы совместно стать жизнеспособными. Может быть, их гены распределены таким образом, что нанобы могут размножаться, лишь объединившись в группы. Но, так или иначе, существование жизни в наномасштабе эмпирически было доказано.

Вскоре Кайандер обнаружил, что нанобактерии производят кальций, и это сразу же навело его на мысль об их причастности ко всем заболеваниям, связанным с обызвествлением, а их не мало. И действительно, исследуя почечные камни, учёный в более чем 90% случаев обнаружил живые нанобактерии, которые ему удалось изолировать и вырастить на питательной среде в лаборатории.

Как отмечает финский учёный, нанобактерии опасны, по крайней мере, в высоких концентрациях. В экспериментах  на животных они могут вызывать aпoптоз - программируемую смерть клеток любых  тканей. Они разрушают кровеносные сосуды, вызывают тромбозы. Они были обнаружены у пациентов, страдающих разными заболеваниями, и Кайандер не сомневается, что они имеют к этим заболеваниям самое прямое отношение.

Предположение О.Кайандера о том, что нанобактерии являются одной из основных причин ряда заболеваний, нашло своё подтверждение в целой серии экспериментальных работ исследователей. Команда ученых, возглавляемая доктором Джоном Лиске в клинике Мейо в Рочестере (штат Нью-Йорк), проводила анализ кальцинированных и некальцинированных артерий, артериальных и сердечных клапанов, полученных из хирургических отходов двух американских больниц. На стенках артерий исследователи обнаружили крошечные сферы диаметром в 30-100 нм. После серии тщательных экспериментов колонии этих сфер были идентифицированы как нанобактерии. Они были обнаружены в кальцинированных сосудах в 100% случаев больных, умерших от атеросклероза.

Нанобактерии настолько  малы, что легко проникают в  любые органы и ткани, а размножаются они так медленно, что симптомы заболевания проявляются через 30-40 лет. Некоторые исследователи даже предполагают, что нанобактерии в значительной мере ответственны за процессы старения человека.

Они легко выдерживают экстремальные условия. Их не убивает ни кипячение, ни высокая радиация, да и воздействие многих агрессивных химикатов они переносят без каких-либо негативных последствий. Нанобактерии кальцинируют организм человека, вызывают гибель клеток разных его тканей: головного мозга, почек, и, в конце концов, убивают его.

По словам Кайандера, эти частицы существуют, в этом никто уже не сомневается. Все дискуссии ведутся лишь вокруг вопроса, что же они собой представляют. Тут наука ещё не сказала своё последнее слово. Уже то, что они способны размножаться, позволяет их считать некой формой жизни. Но с другой стороны, они не содержат никаких нуклеиновых кислот, никаких генов как обычные большие бактерии. Так что, его оппоненты всё же правы - это действительно не бактерии в привычном понимании этого слова. Поэтому Кайандер предлагает уйти пока от вопроса классификации и сосредоточиться на самом важном - являются ли они патогенами, какие болезни они вызывают, какие органы поражают. Главное то, что они патогенны, значит с ними надо бороться, а для этого - продолжать исследования.

Атеросклероз – это хроническое заболевание, основные проявления которого связаны с образованием в стенке артерий атероматозных бляшек, вызывающих нарушение кровотока в органах и тканях.

Наблюдаемый неуклонный рост и омоложение атеросклероза среди  всех групп населения (детей, подростков, взрослых), устойчивая тенденция увеличения смертности от атеросклероза за последние  десятилетия, несмотря на расширяющиеся возможности науки и продолжающийся синтез значительного количества лекарственных препаратов, свидетельствует о тупиковой ситуации в понимании истинных причин атерогенеза.  
 В настоящее время господствует точка зрения, что атеросклероз  – многофакторное заболевание. Факторы, которые способствуют развитию атеросклероза, принято называть факторами риска.  Чем больше факторов риска у человека, тем вероятнее развитие заболевания.

• Возраст.
• Пол.
• Наследственность.
• Дислипопротеинемия.
• Гипертензия.
• Курение.
• Нерациональное питание.
• Ожирение.
• Стресс и хроническое психоэмоциональное напряжение.
• Гиподинамия.
• Гормональные нарушения.

Первая теория патогенеза атеросклероза, получившая в литературе название холестериновая, была сформулирована Н.Н Аничковым в 1915г. Суть ее сам автор выразил словами: «без холестерина не может быть атеросклероза».  Проводимые лечебно-профилактические мероприятия на основе холестериновой теории за почти вековой период своего существования не повлияло существенным образом на статистику атеросклероза во всем мире и на прогноз пациентов. По этой причине холестериновая теория ставится под сомнение многими исследователями.

Эндотелиальная теория утверждает, что пусковым фактором для возникновения атерогенной бляшки служит повреждение клеток эндотелия, а роль нарушений липидного обмена сводится к способствующим атерогенезу условиям.  Повреждения внутренней оболочки сосудов могут индуцировать перекиси липидов, которые ингибируют в эндотелиальных клетках артерий фермент простациклин-синтетазу. В результате развиваются локальная недостаточность простациклина (вазодилататор) и относительное преобладание его  антагониста тромбоксана. Это приводит к адгезии тромбоцитов на поверхности эндотелия, способствующей повреждению клеток последнего и развитию бляшки. 

В нашей стране под руководством академика А. Н. Климова развивается аутоиммунная теория патогенеза атеросклероза, согласно которой этот патологический процесс инициируют аутоиммунные комплексы, содержащие липопротеины в качестве антигена.  Аутоиммунные комплексы вызывают повреждение эндотелия и тем самым ускоряют проникновение липопротеинов крови в сосудистую стенку; продлевают циркуляцию липопротеинов в крови; способствуют развитию гиперлипопротеинемии; проявляют цитотоксическое действие, откладываясь и фиксируясь в стенке артерий.

В последние годы особое значение приобрела воспалительная теория атерогенеза.

При атеросклерозе с самых  ранних стадий развития поражения стенки сосуда и до момента дестабилизации и повреждения атеросклеротической  бляшки прослеживаются признаки локального неспецифического воспаления. В воспалительный процесс вовлекается несколько типов иммунокомпетентных клеток – это моноциты , T-лимфоциты и B-лимфоциты и, возможно, тучные клетки. Ключевая роль в процессе атеросклеротического воспаления принадлежит макрофагам.  Процесс начинается с повреждения эндотелия сосудов, причём повреждение может иметь различные механизмы. Важнейший механизм - повреждение эндотелия за счёт изменённой структуры ЛПНП, например, в результате активации свободнорадикального ПОЛ в составе ЛПНП. Окисленные ЛПНП захватываются макрофагами. Этот процесс не регулируется количеством поглощённого холестерина, поэтому макрофаги перегружаются холестерином и превращаются в "пенистые клетки", которые проникают в субэндотелиальное пространство.  Это приводит к образованию жировых полосок в стенке кровеносных сосудов. При увеличении количества "пенистых клеток" происходит повреждение эндотелия сосудов. В норме клетки эндотелия секретируют простагландин I₂ (простациклин I₂), который ингибирует агрегацию тромбоцитов. При повреждении клеток эндотелия тромбоциты активируются. Во-первых, они секретируют тромбоксан А₂ (ТХ А₂, который стимулирует агрегацию тромбоцитов, что может привести к образованию тромба в области атеросклеротической бляшки; во-вторых, тромбоциты начинают продуцировать пептид - тромбоцитарный фактор роста, стимулирующий пролиферацию ГМК. ГМК мигрируют из медиального слоя во внутренний слой артериальной стенки и способствуют таким образом росту бляшки. Далее происходит прорастание бляшки фиброзной тканью (коллагеном, эластином); клетки под фиброзной оболочкой некротизируются, а холестерин откладывается в межклеточном пространстве. На этой стадии в центре бляшки образуются даже холестериновые кристаллы. На последних стадиях развития бляшка пропитывается солями кальция и становится очень плотной. В области бляшки часто образуются тромбы, перекрывающие просвет сосуда, что приводит к острому нарушению кровообращения в соответствующем участке ткани и развитию инфаркта.