Każdy z nas codziennie korzysta z prądu. Bierzemy go z gniazdek elektrycznych, do których dociera z elektrowni. A skąd energię czerpie nasze ciało? Większość z nas odpowie: „z jedzenia”.
Ale to tylko część prawdy, podobnie jak w przypadku prądu. Elektrownie mogą spalać węgiel, gaz lub biomasę albo czerpać energię z wiatru, światła słonecznego czy ruchu wody. Jednak w gniazdku zawsze mamy prąd o tym samym napięciu – w Europie to 220 V. Podobnie w ludzkim ciele – jeden uwielbia schabowego z kapustą, inny marchewkę z ananasem, ale nasz organizm zawsze rozkłada te specjały na podstawowe „cegiełki”, takie jak glukoza czy kwasy tłuszczowe. Komórki nie potrafią z nich skorzystać bezpośrednio – aby otrzymać swój „prąd”, potrzebują „elektrowni”.
Prądem jest substancja o nazwie ATP, wytwarzana w elektrowniach zwanych mitochondriami. To elementy znajdujące się w każdej żywej komórce, mające własne DNA. Im więcej energii komórka potrzebuje, tym więcej ma elektrowni. Komórki tkanek bardzo aktywnych – mięśni (w tym serca), mózgu czy wątroby – mają ich po kilkanaście tysięcy. I to właśnie one są najbardziej czułe na zakłócenia w pracy mitochondriów. A awarie naszych biologicznych elektrowni nie są wcale tak rzadkie, jak się naukowcom do niedawna wydawało.
Tajemnica choroby weteranów
Owszem, typowe choroby mitochondrialne, wynikające z mutacji zawartego w tych strukturach DNA, dotykają statystycznie jednej na 15 tys. osób. I nie są łatwe do zdiagnozowania, bo mogą dawać wiele dolegliwości dotyczących różnych narządów: od zaburzeń wzrostu i osłabienia mięśni przez choroby nerek, wątroby lub tarczycy po padaczkę i demencję. Objawy są przy tym niespójne, mogą okresowo nasilać się i zanikać, przypominając trochę problemy z energią w czasach PRL: prąd raz jest, raz go nie ma; bywa wyłączany w coraz to innych miejscach, ale generalnie wszędzie jest go za mało.
Mitochondria prawdopodobnie odgrywają kluczową rolę także w znacznie powszechniejszych schorzeniach, takich jak atakujące układ nerwowy choroby Alzheimera i Parkinsona, autyzm, a być może nawet nowotwory złośliwe (choć to nadal tylko hipoteza). Co więcej, naszym komórkowym elektrowniom szkodzą także różne toksyny, np. te obecne w pestycydach, gazach bojowych oraz – o ironio – w środkach podawanych żołnierzom w celu uodpornienia ich na te gazy. Z najnowszych badań wynika, że takie właśnie zaburzenia leżą u podstaw tzw. syndromu wojny w Zatoce.
Może on dawać takie objawy jak przewlekłe zmęczenie, bezsenność, bóle mięśni i głowy, niestrawność, zaburzenia pamięci, wysypka i biegunka. W komórkach weteranów o wiele wolniej odnawiają się zapasy fosfokreatyny – białka uczestniczącego w produkcji ATP, czyli komórkowej energii. „To spowolnienie, podobnie jak pozornie niezwiązane ze sobą objawy, świadczy o problemie z mitochondriami” – twierdzi prof. Beatrice A. Golomb, szefowa zespołu badawczego.
Podobne, choć zwykle odwracalne efekty, wywołują rozmaite substancje (w tym leki), które działają toksycznie na komórkowe elektrownie. Klasyczny przykład to tlenek węgla, czyli czad (CO). Podobnie „dusząco” działają cyjanki i wodorosiarczki. Z kolei najpowszechniejszy narkotyk – alkohol etylowy – uszkadza mitochondrialne DNA.
Komórkowy zastrzyk energii
Naukowcy chcieliby pomóc mitochondriom pracować w dobrej formie jak najdłużej. Najprościej to zrobić, dostarczając im niezbędnych składników. Wiadomo, że nasze elektrownie potrzebują biotyny (witaminy H), witamin z grupy B (B2, B5, B6), miedzi, żelaza i cynku. Stabilizująco na ich pracę działa też koenzym Q10 (CoQ10) i być może dlatego zmniejsza on objawy chorób Alzheimera, Huntingtona i Parkinsona. Z suplementami trzeba jednak uważać: zażywane w dużych dawkach mogą zaszkodzić.
Bardziej precyzyjne wspieranie mitochondriów nie jest łatwe. Mamy już jednak pierwszy lek na chorobę mitochondrialną, który przechodzi testy kliniczne z udziałem ludzi i został skierowany przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA) na tzw. szybką ścieżkę dopuszczania do użytku. To substancja o nazwie EPI-743, zatrzymująca rozwój dziedzicznej ataksji Friedreicha. Ta śmiertelna choroba zaczyna się najczęściej w młodym wieku i objawia się postępującym osłabieniem mięśni, zaburzeniami czucia, niewydolnością serca, a czasem też upośledzeniem umysłowym. Wyniki badań nad EPI-743 były tak dobre, że uczeni chcą stosować tę substancję w terapii innych chorób mitochondrialnych.
Co ciekawe, działanie niektórych stosowanych już przez medycynę leków też ma związek z ochroną mitochondriów. Tak jest w przypadku farmaceutyków przepisywanych przez kardiologów: kromakalimu, nikorandilu, pinacydylu, minoksydylu i diazoksydu. Ten ostatni jest stosowany także przy transporcie serc pobranych do transplantacji – utrzymuje zużycie tlenu w mitochondriach na niezmienionym poziomie (a w takich warunkach spada ono nawet o 40 proc.), a do tego zwiększa stężenie ATP w niedokrwionych komórkach, zwiększając ich szanse na przetrwanie.
Pigułka spalania tłuszczu?
Lekarzom marzy się także kontrolowane psucie naszych elektrowni. Chodzi o to, by nieco rozregulować mitochondria, tak żeby zamiast ATP produkowały tylko energię cieplną. Wówczas organizm będzie robił to, o czym marzą wszyscy spece od odchudzania – „spalał” kalorie bez żadnego wysiłku.
Taki proces zachodzi w sposób naturalny w tzw. brunatnej tkance tłuszczowej występującej u ssaków. Mitochondria w jej komórkach zawierają specyficzne białko, zwane termogeniną, które zamienia elektrownie w ciepłownie. Dużo takiego tłuszczu mają gatunki zapadające w sen zimowy. U człowieka występuje on pod koniec życia płodowego i w pierwszych miesiącach niemowlęctwa – potem zanika.
Jednak w innych tkankach – mięśniach szkieletowych, wątrobie i „ zwykłej” tkance tłuszczowej – istnieją białka będące odpowiednikami termogeniny, tyle że ich działanie jest ściśle kontrolowane przez hormony, m.in. te wytwarzane przez tarczycę. „Spalanie” kalorii mogą też uruchomić niektóre leki. Najskuteczniejszy dotąd, ale i najmniej bezpieczny jest 2,4-dinitrofenol – składnik nielegalnych leków odchudzających. Inne (m.in. przeciwzapalne aspiryna i diklofenak albo obniżający ciśnienie propranolol) działają słabiej i też dają skutki uboczne.
Naukowcom z Beth Israel Deaconess Medi- cal Center i Harvard Medical School udało się znaleźć inną drogę do szczupłości. Gdy obniżyli w komórkach poziom białka o nazwie NNMT, znacząco wzrosło tempo zamiany paliwa na ciepło, a w organizmie spadła produkcja komórek tłuszczowych. Jeśli ta metoda, przetestowana na razie u myszy, sprawdzi się też u ludzi, możemy w końcu doczekać się „diety w pigułce”.
Choroby po kądzieli
Mitochondria dziedziczymy w zasadzie wyłącznie po matce. Nie dość, że w komórce jajowej jest ich wielokrotnie więcej niż w plemniku (odpowiednio ok. 100 tys. i… 16 sztuk), to jeszcze po zapłodnieniu te plemnikowe są niszczone. Niezwykle rzadko zdarzają się wyjątki od tej reguły.
Tak było w przypadku pewnego mężczyzny, który bardzo szybko się męczył. Okazało się, że aż 90 proc. jego włókien mięśniowych miało zmutowane mitochondria, które nie pochodziły od matki, lecz od ojca. To z powodu ich wadliwego działania w mięśniach mężczyzny nawet po niewielkim wysiłku gwałtownie rósł poziom kwasu mlekowego.
Łaciaty człowiek
Choroby mitochondrialne to najczęściej efekt błędu w DNA, które steruje pracą naszych komórkowych elektrowni. Taki błąd może być odziedziczony, ale może być też efektem spontanicznej mutacji. To dlatego, że mitochondria są jedynymi komórkowymi elementami, które rozmnażają się same, nie czekając na podział komórki, którą zaopatrują w energię. Jest to pozostałość po ich specyficznym rodowodzie. Przed miliardami lat mitochondria były swobodnie żyjącymi bakteriami, które wniknęły do naszych jednokomórkowych prapraprzodków i zostały tam na stałe, zamieniając się w fabryki biologicznej energii.
Mitochondrialne DNA swą budową przypomina zresztą bakteryjne i – tak jak ono – jest bardziej podatne na błędy przy kopiowaniu, które pojawiają się nawet 20 razy częściej niż przy powielaniu genomu znajdującego się w jądrze komórkowym. Ciekawe jest też to, że podczas podziału komórki każda z jej „córek” dostaje w posagu mniej więcej połowę mitochondriów, ale ich rozdział jest losowy. To zaś oznacza, że może się zdarzyć, iż do jednej trafi większość zdrowych, a do drugiej – większość zmutowanych. Człowiek może więc być w środku „łaciaty” – część jego komórek będzie się zachowywać prawidłowo, a część chorować. Nigdy nie wiadomo, jaka część i w jakich narządach zostanie „obdarzona” mitochondrialną mutacją.
DLA GŁODNYCH WIEDZY:
- Strony poświęcone chorobom mitochondrialnym – www.goo.gl/c6MeMH, www.mitoaction.org,www.umdf.org