Сохраняемость мозга после смерти

 (0)

Неправильно свернувшиеся белки могут сохранять мозг на протяжении тысячелетий.

В определённых условиях мозг удивительно хорошо поддаётся сохранению. На микрофотографии показан фрагмент мозжечка.

Мозг — орган чрезвычайно скоропортящийся. Уже через несколько минут после прекращения притока крови и кислорода его тончайшие нейронные механизмы начинают получать необратимые повреждения. Мозг — самая прожорливая в энергетическом смысле часть нашего тела, и спустя несколько часов после смерти его собственные ферменты начинают буквально пожирать его изнутри. Когда клеточные мембраны разрываются, мозговая ткань превращается в жидкость. Через несколько дней микробы доедают остатки в зловонном процессе гниения. А спустя несколько лет череп становится всего лишь пустой полостью.

И всё же иногда происходит нечто странное: мозг переживает все остальные мягкие ткани и остаётся целым сотни и даже тысячи лет. Археологи давно ломают голову над загадкой естественно сохранившихся мозгов, найденных на древних кладбищах, в гробницах, братских могилах и даже на затонувших кораблях. В недавнем исследовании учёные из Оксфордского университета проанализировали научную литературу за несколько столетий и насчитали более 4400 случаев сохранённых мозгов возрастом до 12 000 лет.

«Мозг разлагается невероятно быстро, поэтому совершенно поразительно находить его сохранённым», — говорит ведущий автор исследования Александра Мортон-Хейвард из Оксфорда. — «Главный вопрос для меня таков: как это вообще возможно? Почему это происходит именно с мозгом и почти ни с каким другим органом?»

Похоже, что столь необычное сохранение связано с “неправильным сворачиванием” белков — фундаментальных строительных блоков клеток. И это явление удивительно напоминает процессы, лежащие в основе некоторых нейродегенеративных заболеваний. Как знает каждый студент-биолог, белки представляют собой цепочки аминокислот, нанизанных одна за другой, словно бусины в ожерелье. У каждого белка есть своя уникальная последовательность аминокислот — в человеческом организме используется двадцать основных типов — и именно эта последовательность определяет, как белок сворачивается в свою правильную трёхмерную форму.

Но нарушения в клеточной среде могут сбить этот процесс. Тогда белки сворачиваются неправильно и начинают слипаться. Такое скопление белков в мозге лежит в основе десятков нейродегенеративных заболеваний — включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, а также губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота, более известную как болезнь бешеных коров. Теперь учёные обнаруживают, что некоторые неправильно свернувшиеся белки могут образовывать агрегаты уже после смерти — и эти агрегаты способны сохраняться сотни и тысячи лет.

Лишь в последние годы исследователи начали всерьёз заниматься этими странными случаями. Крупный прорыв произошёл в 2008 году, когда археологи обнаружили в английском Хеслингтоне череп человека возрастом около 2500 лет. Этот человек был повешен, затем обезглавлен и брошен в оросительный канал. Все мягкие ткани давно исчезли, однако исследователи с изумлением обнаружили внутри черепа сжавшийся, но всё ещё присутствующий мозг.

Анализ, проведённый нейробиологами из Университетского колледжа Лондона, показал: мозг сохранился благодаря агрегации белков.

При некоторых заболеваниях мозга неправильно свернувшаяся форма белка становится наиболее термодинамически стабильной — и тогда образовавшиеся агрегаты практически невозможно разрушить. Феликс Ульрих Хартль, ведущий исследователь болезней, связанных со сворачиванием белков, из Института биохимии Общества Макса Планка в Мартинсриде (Германия), говорит, что его совсем не удивило бы, если бы подобный механизм лежал и в основе древнего сохранения мозга.

«Для меня самый интересный вопрос: отражает ли это каким-то образом процессы, происходящие при нейродегенерации?»

Открытие мозга из Хеслингтона дало мощный толчок новым исследованиям. Эпицентром этих работ стал Оксфордский университет, а их ведущим исследователем — всё та же Александра Мортон-Хейвард, в прошлом сотрудница похоронного бюро, а ныне судебный антрополог.

Сегодня, будучи аспиранткой, она собрала крупнейшую в мире коллекцию древних мозгов — более 600 образцов возрастом до 8000 лет, найденных в Великобритании, Бельгии, Швеции, США и Перу. Используя целый арсенал научных методов, она выявила более 400 сохранившихся белков и определила минералы и молекулы, участвующие в процессе сохранения.

Обычно такие мозги находят в захоронениях с избытком влаги и недостатком кислорода — например, на низинных кладбищах. Человеческий мозг примерно на 80 % состоит из воды, а оставшиеся двадцать процентов приходятся главным образом на белки и липиды — жирные, воскообразные или маслянистые вещества, нерастворимые в воде.

Эксперименты Мортон-Хейвард показывают, что мозг сохраняется благодаря процессу молекулярного сшивания. Остатки белков мозга и разрушенные липиды образуют губчатый полимер. Катализаторами этого процесса могут выступать металлы — прежде всего железо.

Прочные ковалентные связи внутри такого полимера и его высокая молекулярная масса делают сжатые мозговые остатки чрезвычайно стойкими и химически устойчивыми — настолько, что они способны противостоять разложению на протяжении веков.

Эти полимеры не являются нитевидными амилоидными фибриллами, характерными для заболеваний вроде Альцгеймера и Паркинсона, говорит Мортон-Хейвард. Но некоторые аспекты сохранения мозга «поразительно напоминают нейродегенерацию».

И в древних образцах мозговой ткани, и в экспериментах по разложению мозга мышей она обнаружила признаки окислительного повреждения, вызванного нарушениями обмена железа. Такие нарушения связывают со старением мозга и развитием нейродегенеративных заболеваний.

«Возможно, эти процессы происходят уже при жизни, когда мы естественным образом стареем, — предполагает Мортон-Хейвард, — а после смерти они просто продолжаются».

Этот механизм, по-видимому, отличается от того, как сохраняются некоторые другие ткани тела, превращаясь в адипоцер, или «трупный воск». Он образуется, когда жиры тела превращаются в мылообразное вещество цвета сала.

«Адипоцер формируется в жировой ткани — например, в ягодицах, руках, щеках, — говорит археолог Соня О’Коннор из Университета Брэдфорда, одна из пионеров исследований древних мозгов. — В мозге жировой ткани нет. Это совсем другая химия».

Зато химия мозга как раз идеально подходит для молекулярного сшивания — благодаря обилию белков и липидов. И та пластичность, которая делает мозг столь гибким при жизни, может объяснять его неожиданную стойкость после смерти.

Около третьей части всех белков относятся к так называемым внутренне неупорядоченным белкам (IDP) или содержат неупорядоченные участки. Такие белки способны принимать множество конфигураций и связываться с различными партнёрами. В отличие от обычных белков, у них нет стабильной трёхмерной структуры. Это делает их важнейшими элементами пластичности мозга — но одновременно и особенно уязвимыми для неправильного сворачивания.

Биофизик Владимир Уверский из Университета Южной Флориды, один из ведущих специалистов по неупорядоченным белкам, сразу предположил, что именно они сыграли роль в сохранении мозга из Хеслингтона. Проанализировав набор извлечённых белков, он подтвердил: наиболее распространённые из сохранившихся белков отличаются высокой степенью неупорядоченности.

По его гипотезе, такие белки действуют как «молекулярный раствор», склеивая молекулы в жёсткие агрегаты, которые работают подобно «долговечным консервантам».

При жизни наш организм располагает защитными механизмами против неправильного сворачивания белков. Но с возрастом они ослабевают — а после смерти прекращают действовать вовсе. В посмертном мозге процессы сшивания и агрегации могут развернуться в полную силу, ограниченные лишь законами химии и физики.

Любопытно, что многие такие находки происходят из мест, которые Мортон-Хейвард называет «местами страдания» — братских могил, мест насильственной смерти или кладбищ при викторианских работных домах и психиатрических приютах. Она предполагает, что окислительный стресс, пережитый человеком при жизни, может запускать молекулярные процессы, которые продолжаются и после погребения.

«Если это так, — говорит она, — то мы могли бы изучать старение на куда более длинной временной траектории, чем просто продолжительность человеческой жизни».

Источник: Кермит Пэттисон, журнал Scientific American, № 332, февраль 2025.

Предыдущая статья:
Мы пьём ту же воду, что и динозавры?

Следующая статья:
Железные челюсти комодских драконов.