Кальцификация артерий и ишемическая болезнь сердца, нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, рак и даже сам процесс старения, как предполагается, частично вызываются или ускоряются окислительным стрессом. Окислительный стресс наблюдается при избытке в тканях так называемых активных форм кислорода (АФК). Ученым впервые удалось наблюдать за окислительными процессами в живом организме с помощью специфичных для нескольких различных оксидантов биосенсоров, встроенных в генетический материал плодовых мушек.

«… До сих пор никому не удавалось непосредственно наблюдать за окислительными изменениями в живом организме и, конечно, за тем, как эти изменения связаны с патологическими процессами», – говорит доцент Тобиас Дик (Tobias Dick), PD, из Немецкого центра исследований рака (Deutsches Krebsforschungszentrum), Германия. «Для установления того, какие окислительные процессы действительно идут в организме, использовались довольно неспецифические или косвенные методы».

Желтые световые сигналы, излучаемые биосенсорами,
указывают на выработку оксидантов в ткани мигрирующей
личинки мухи. (Фото: Tobias Dick, DKFZ)

Доктору Тобиасу Дику и его коллегам впервые удалось наблюдать за окислительными процессами в живом организме, встроив гены биосенсоров в генетический материал плодовых мушек. Эти биосенсоры специфичны для нескольких различных оксидантов и показывают окислительный статус каждой клетки, излучая световой сигнал – в реальном времени, во всем организме и на протяжении всей его жизни.

Ученые установили, что уровень образования оксидантов в разных типах тканей личинок мух различен. Так, в митохондриях клеток крови производится значительно больше оксидантов, чем, например, в митохондриях клеток кишечника или мышц. Кроме того, в выработке оксидантов находит свое отражение поведение отдельных тканей личинки: по окислительному статусу жировой ткани исследователи могли различать, едят ли личинки или двигаются.

До сих пор многие ученые полагают, что процесс старения связан с общим повышением уровня оксидантов во всем организме. Однако это не было подтверждено наблюдениями, проводимыми на протяжении всей жизни взрослых животных. Немецкие исследователи были удивлены тому, что чуть ли не единственное возрастное повышение уровня оксидантов наблюдалось в кишечнике мух. Более того, при сравнении мух с разной продолжительностью жизни выяснилось, что накопление оксидантов в ткани кишечника у насекомых с большей продолжительностью жизни даже ускорялось. Таким образом, исследователи не обнаружили никаких доказательств часто высказываемого предположения, что продолжительность жизни организма ограничена выработкой вредных оксидантов.

Антиоксиданты часто рекламируются как вещества, способствующие укреплению здоровья, так как являются защитой от окислительного стресса, хотя комплексные исследования до сих пор не смогли предоставить этому убедительных доказательств. Доктор Дик и его коллеги кормили своих мух N-ацетилцистеином (NAC) – веществом, обладающим антиоксидантным действием, которое некоторые ученые считают подходящим для защиты организма от предположительно опасных оксидантов. Интересно, что никаких признаков снижения количества оксидантов у таких мух не наблюдалось. Напротив, исследователи с удивлением обнаружили, что NAC способствовал значительному увеличению выработки оксидантов митохондриями клеток различных тканей.

«Многое из того, что с помощью биосенсоров мы наблюдали у мух, стало для нас неожиданностью. Очевидно, что большинство данных, полученных на изолированных клетках, не могут быть просто перенесены на ситуацию в живом организме», – обобщает полученные результаты доктор Дик. «Пример NAC показывает, что в настоящее время мы не в состоянии предсказуемо влиять на окислительные процессы в живом организме, используя фармакологические средства. Конечно, мы не можем просто переносить эти данные с мух на человека. Нашей следующей целью является использование биосенсоров для наблюдения за окислительными процессами в организме млекопитающих, особенно при воспалительных реакциях и развитии опухолей».

Аннотация к статье

In vivo mapping of hydrogen peroxide and oxidized glutathione reveals chemical and regional specificity of redox homeostasis