Карл Циммер - Паразиты: тайный мир
Во многих отношениях эритроциты являются не слишком подходящим местом для жизни. Строго говоря, это даже не клетки, а тельца. Все настоящие клетки несут в ядре гены и удваивают свою ДНК, превращаясь из одной клетки в две. Эритроциты же рождаются из других клеток, живущих в глубине наших костей. Эти стволовые клетки, как их называют, при делении принимают вид различных компонентов крови, таких как лейкоциты, тромбоциты и эритроциты. Но если другие клетки получают при рождении законную долю ДНК и протеинов, то в эритроцитах ДНК нет совсем. Их работа проста. В легких они захватывают кислород и связывают его молекулами гемоглобина. Поскольку кислород — мощный окислитель, легко вступающий в химические реакции и способный повредить другие молекулы, гемоглобин буквально окружает его и сковывает своими четырьмя связями. После этого эритроцит покидает легкие и движется по телу, в какой-то момент высвобождая запасенный кислород, который должен помочь телу сжигать топливо и получать энергию. Эти клетки—всего лишь емкости для транспортировки кислорода, гоняемые по телу сокращениями сердечной мышцы. Если поместить под микроскоп белые кровяные тельца—лейкоциты, они выпустят ложноножки и начнут двигаться. Эритроциты же будут просто лежать.
Выполняя такую простую задачу, эритроциты практически не нуждаются в обмене со средой. Это означает, что в них почти нет протеинов, необходимых для выработки энергии. Кроме того, им не нужно сжигать топливо и избавляться от отходов.
Настоящие клетки всасывают питательные вещества (топливо) и избавляются от отходов при помощи замысловатой системы канальцев и пузырьков, способных проводить различные молекулы сквозь ее внешнюю мембрану. У эритроцитов практически нет подобных средств — только пара канальцев для воды и других необходимых веществ. Дело в том, что кислород и двуокись углерода (углекислый газ) способны просачиваться сквозь мембраны этих клеток без посторонней помощи. И если у других клеток есть сложная внутренняя решетка, помогающая им всегда оставаться жесткими и упругими, то эритроциты в клеточном цирке выступают в амплуа акробатов. Каждый из них за время жизни проходит по сосудам нашего тела пятьсот километров, терпя толчки и удары соседних клеток в потоке крови; они то и дело врезаются в стенки сосудов и протискиваются сквозь крошечные капилляры. В этих мельчайших сосудах эритроциты выстраиваются в очередь и движутся один за другим, сжимаясь впятеро по сравнению с обычным своим диаметром, но, стоит им выйти в более крупный сосуд, и они вновь расправляются до обычного размера.
Чтобы выдерживать такое обращение, в эритроцитах под мембраной имеется сеточка из протеинов, напоминающая авоську. И каждая протеиновая нить в этой авоське, помимо прочего, сложена гармошкой, что позволяет ей растягиваться и сжиматься в ответ на давление с любой стороны. Но эритроцит, каким бы пластичным он ни был, не может выдерживать такое обращение до бесконечности. Со временем его мембрана становится жесткой, ему труднее становится протискиваться через капилляры. Функция контроля за состоянием крови, за тем, чтобы ее клетки всегда были молодыми и полными жизни, возложена на селезенку. Когда эритроциты проходят через селезенку, она тщательно их проверяет. Она способна распознать признаки старости на поверхности эритроцита, как мы видим морщины на лице. Только молодые эритроциты выходят из селезенки и продолжают свой путь; остальные же уничтожаются.
Несмотря на все недостатки эритроцита, плазмодий выбирает для себя именно этот странный пустой дом. Паразит не умеет плавать, но может скользить вдоль стенок сосуда. Для этого он цепляется крючками за стенку и ведет крючки по всему телу от переднего конца к заднему, отцепляет их там и выпускает на переднем конце новые крючки; получается что-то вроде клетки на гусеничном ходу. На переднем конце паразита имеются сенсоры, распознающие только молодые эритроциты: они реагируют на определенные протеины на его поверхности. Выбрав клетку, плазмодий цепляется за нее и перекатывается к ее переднему концу, готовясь проникнуть внутрь.
Головка паразита окружена несколькими полостями, в совокупности напоминающими барабан револьвера. Из этих полостей на эритроцит буквально за несколько секунд обрушивается целый вал молекул. Некоторые из них помогают паразиту раздвинуть мембранный скелет и проложить себе путь внутрь клетки. Те же крючки, при помощи которых плазмодий прежде передвигался по стенке сосуда, теперь впиваются в края отверстия и втаскивают паразита внутрь. При этом он выбрасывает наружу очередь из молекул, которые затем соединяются друг с другом и образуют вокруг паразита, проникающего внутрь клетки, защитный покров. Через пятнадцать секунд после начала атаки задний конец плазмодия исчезает в отверстии, а упругая сетка под мембраной эритроцита сжимается вновь, запечатывая проделанное отверстие.
Внутри эритроцита паразит чувствует себя как мышь на зерновом складе. Внутренняя часть любого эритроцита на 95% состоит из гемоглобина. У плазмодия с одной стороны имеется своеобразный рот — отверстие, которое может распахиваться, а вместе с ним раскрывается внешняя мембрана пищеварительного пузырька — вакуоли. На мгновение внутренность паразита вступает в контакт с содержимым эритроцита. Небольшое количество гемоглобина проникает в распахнутую «пасть», после чего она захлопывается. Гемоглобин оказывается в пищеварительном пузырьке паразита, где у него имеются молекулярные «скальпели», предназначенные как раз для расщепления молекул гемоглобина. Плазмодий делает несколько последовательных «разрезов», постепенно отделяя скрученные концы молекулы и разбирая ее на более мелкие части и захватывая энергию, содержавшуюся в этих связях. Ядром молекулы гемоглобина является сильно заряженное богатое железом соединение, ядовитое для паразита; встроившись в мембрану плазмодия, оно нарушает своим зарядом нормальное прохождение других молекул внутрь и наружу. Но плазмодий «знает», как можно нейтрализовать токсичное сердце любимой еды. Он соединяет некоторые обломки в длинную нейтральную молекулу, известную как гемозоин. Оставшаяся часть соединения подвергается дальнейшему действию энзимов паразита, в результате чего ее заряд уменьшается, и она уже не может проникать через мембрану.
Однако плазмодий живет не одним только гемоглобином. Для построения молекулярных скальпелей ему нужны аминокислоты. Кроме того, те же аминокислоты необходимы ему для размножения — простого деления на шестнадцать новых копий. За два дня уровень метаболизма в зараженной клетке повышается в 350 раз: паразиту нужно строить новые протеины и избавляться от отходов, выработанных за время роста. Если бы плазмодий инфицировал настоящую клетку, он просто воспользовался бы для этого биохимическими возможностями хозяина, но в эритроците ему приходится сооружать всю систему с нуля. Другими словами, плазмодию приходится перестраивать красные кровяные тельца и превращать их в настоящие клетки. Из своего пищеварительного пузырька он выпускает спутанный клубок трубочек, которые достигают внешней мембраны эритроцита. Остается неясным, протыкают ли трубки плазмодия мембрану или проходят сквозь существующие в ней канальцы, но после этой операции инфицированный паразитом эритроцит получает способность всасывать в себя «строительные материалы», необходимые плазмодию для роста.
Поверхность эритроцита оказывается пронизанной канальцами и трубочками и начинает терять эластичность. Это могло бы стать для паразита началом конца: ведь стоит селезенке обнаружить, что клетка изменилась, что она уже не молода и не упруга, и клетка будет уничтожена вместе с угнездившимися внутри паразитами. Поэтому, попадая внутрь эритроцита, плазмодий сразу же высвобождает протеины, которые по трубочкам доставляются к внутренней стороне клеточной мембраны. Эти молекулы относятся к обычному классу протеинов, которые можно обнаружить в любом организме на Земле. Известные как шапероны, они помогают другим протеинам держать форму, сжиматься и расправляться правильным образом даже под действием тепла или кислоты. В данном случае шапероны, похоже, защищают эритроцит от самого паразита. Они помогают клеточному скелету растягиваться и вновь сжиматься, несмотря на помехи паразитных конструкций.
Всего за несколько часов паразит так сильно перестраивает эритроцит, делает его таким жестким, что выдать его за здоровое кровяное тельце уже невозможно. Тогда он направляет к поверхности клетки новую порцию протеинов. Некоторые из них слипаются под мембраной в комочки, в результате чего на ее поверхности появляются бугорки, напоминающие «гусиную кожу». Плазмодий выводит через эти бугорки липкие молекулы, способные зацепиться за рецепторы клеток стенки кровеносного сосуда. Прилипая к стенке сосуда, эритроциты оказываются выведенными из обращения. Вместо того, чтобы незаметно проскользнуть через опасную селезенку, плазмодий просто избегает ее—делает так, чтобы «его» эритроцит больше никогда туда не попал. Теперь инфицированные эритроциты собираются кучками в капиллярах мозга, печени и других органов. Еще день плазмодий делится—до тех пор, пока от эритроцита не остается лишь оболочка, набитая паразитами. Наконец новое поколение паразитов выходит из этой пустой оболочки и отправляется на поиски новых молодых эритроцитов. Позади остается оболочка с комочком использованного гемоглобина.
