Ljudski organizam kao velika kolonija bakterija…

“Nova medicina” ljudski organizam ne posmatra anatomski kao skup organa, kako je to pre 450 godina postavio belgijsko italijanski anatom Andreas Vesalius, već kao skup ćelija koje se uvek moraju posmatrati kao celina. Biohemičari i molekularni biolozi danas upravo o toj jednoj ćeliji znaju više nego ikad. A u njoj se odvijaju procesi veoma nalik onima koji se odvijaju u čitavom svemiru. Sve je JEDNO, u jednom je SVE.

I Bog stvori bakteriju na Zemlji, i dade joj energiju, i reče joj: “Evo, sada se sama kreći i hrani i koristi energiju sa Sunca, i razmnožavaj se; i onda se udružuj i razmenjuj energiju sa istima; i koncentriši svoju energiju i stvaraj velike kolonije i napravite biljku, i životinju, i čoveka; i neka se svi oni množe i onda sjedinjuju sa istima; i neka stvaraju svoje zajednice jedinki i svoje kolonije i sjedinjuju svoju energiju i neka se njihove zajednice razmnožavaju i ujedinjuju i neka čitav svet i sve u njemu bude u stalnom razmnožavanju i ujedinjavanju; i sve neka je živo i neka je u večitom stvaranju kao što je u čitavom Svemiru!” Ne, ovo nije zapis iz Biblije. Ali, na osnovu saznanja koje o nastanku života na Zemlji imaju naučnici danas, ovaj pasus bi možda mogao da se doda kao novo poglavlje “O postanku”.

Teorija koja tvrdi da sve u svemiru pokreće električna energija ima danas sve više pristalica. Takođe je mnogima bliska ideja da sve u svemiru funkcioniše na istom principu. Pošto je i ljudski organizam deo univerzuma, nametnula se logično ideja da i električna energija prolazeći kroz ljudski organizam stvara proteinske forme na sličan način kako od slobodnih čestica i kosmičke prašine stvara galaksije i zvezde.

I ljudski organizam je sačinjen od čestica. Znamo da u njemu skladno funkcioniše oko 30 triliona ćelija koje žive u nekoj vrsti neraskidive simbioze i svaka ćelija se specijalizovala i uobličila za određen posao. Neke su zadužene da raznose električnu energiju, neke spremaju hranu, druge donose kiseonik neophodan za “kuvanje” ćelijske hrane, neke čiste otpatke nakon jela, neke su osmatrači spoljnog sveta i paze kuda se čitav organizam kreće, neke su čisti fizikalci koji služe za kretanje cele mase.

Da bi sve ove ćelije funkcionisale, neophodna im je energija i to električna. Unosi se sa hranom. U ovakvoj podeli rada, logično se nameće i pitanje kako se ta energija održava, raspoređuje i da li se vremenom troši tako da u određenom trenutku čitav organizam ili samo neki njegov deo (organ) jednostavno više nije u stanju normalno da funkcioniše jer nema dovoljno energije. Dakle, ako se napajanje energijom samo jednog organa smanji, da li on time ispoljava neke poznate kliničke simptome?

Da, upravo je to način razmišljanja koji sve više okupira naučnike, pristalice takozvane nove medicine.

Nova medicina

Ova nova medicina ljudski organizam ne posmatra anatomski kao skup organa, kako je to pre 450 godina postavio belgijsko-italijanski anatom Andreas Vesalius, već kao skup ćelija koje se uvek moraju posmatrati kao celina. Biohemičari i molekularni biolozi danas upravo o toj jednoj ćeliji znaju više nego ikad.

A u njoj se odvijaju procesi veoma nalik onima koji se odvijaju u čitavom svemiru.

Sve je JEDNO, u jednom je SVE.

Dakle, šta je to što ćelijama u našem telu daje energiju i omogućava im da se stalno dele i ponovo sjedinjuju u tkiva, složene organe i organizme?

Pažljivim analiziranjem proteinskih formi unutar ćelijske membrane naučnici su našli ni manje ni više nego bakterije. Nazvane su mitohondrije i to su prave ćelijske bakterije.

Tako je čitav ljudski organizam sačinjen od ovih bakterija. Veruje se da su se mitohondrije u jednom trenutku sjedinile sa drugim organizmom nazvanim citosol. Ovaj citosol ima u sebi jedro (nukleus), u jedru svoj (nuklearni) DNK, i pored jedra ima i ostale ćelijske organele – ribozome, Goldžijev aparat, mikrotubule, mikrofilamente, lizozome itd. I u sve to se lepo smestila bakterija mitohondrija koja je u ovaj sistem unela neophodnu energiju. Stvaranjem viška energije ovakva simbioza je mogla da se dalje deli i ponovo sjedinjuje, na višim novoima.

Tako je ljudski organizam ogroman skup ćelija koje su sastavila dva organizma – citosol (zadužen za konstrukciju i gradnju tkiva i organa) i mitohondrije (zadužene za snabdevanje energijom).

Neki biolozi danas kažu da je možda pogrešno kada sebe oslovljavamo zamenicom “JA” i da je prikladnije reći “MI” – “mi, kolonija bakterija”.

Kako je došlo do toga da se sjedine ova dva mikroorganizma, a zatim i čitave ćelije?

Stvar je izgleda u osnovnom principu koji nalaže da se sva biološka energija na Zemlji dobija sa Sunca. Svaki živi organizam se zato “dovija” kako da tu energiju uhvati i zadrži kako bi je onda koristio za ishranu, kretanje, razmnožavanje…

Tako su nekada davno na Zemlji živele prokariotske cijanobakterije (prokarioti nemaju nukleus) i “izmislile” su (ili im je bog dao to znanje) fotosintezu. Ovaj proces uzimanja energije od Sunca počele su da izvode u unutrašnjem delu svog prostog “organizma” oivičenog samo membranom. Tako je ova bakterija naučila da cepa molekul vode i uzima iz njega elektrone. Na taj način dobijala je mnogo više elektrona nego što je dobijala fermentacijom. Sada je imala mnogo više energije nego što joj je bilo neophodno za prostu deobu. Sa viškom energije, jedinka ove cijanobakterije je mogla da se udruži sa drugim jedinkama i da stvore zajedničku bakterijsku koloniju nazvanu hloroplast. Tako je hloroplast počeo da koristi Sunčevu energiju da razdvoji vodu oslobađajući kiseonik iz molekula vode i fiksira vodonik za ugljenik kako bi stvorio ugljene hidrate i izvukao iz njih glikozu.

Nastale su biljke. Biljke tako žive što skupljaju Sunčeve fotone i koriste energiju da razdvoje molekul vode, pa ostaju vodonik i kiseonik. Vodonik se kači za ugljenik i stvara se prosti šećer glikoza. Višak glikoze se skladišti kao skrob u biljkama. Kiseonik se oslobađa u atmosferu kao “O2”.

Zbog ovoga se u jednom trenutku na Zemlji stvorila ogromna količina kiseonika u atmosferi i vodi. I to je bio pravi ambijent za nastanak mitohondrija koje su počele da koriste baš taj kiseonik da pomoću njega razgrade sebi hranu i uzmu i one što više elektrona.

Baš kao što su se cijanobakterije udružile, udružile su se i mitohondrije. One su otišle i dalje pa su sebi našle adekvatno stanište, a to je citosol.

Tako su nastale eukarioteke ćelije (koje imaju nukleus) i citosol im je tako poslužio kao velika skela pomoću koje su mogle da stvore gradivne blokove i formiraju veliku bakterijsku koloniju.

I onda su mogle da stvaraju sve više energije i sve složenije životne forme, jer za organizaciju složene životne forme bilo je potrebno proizvesti mnogo više energije nego što se može dobiti fotosintezom. Tako je velika kolonija mitohondrija uz pomoć gradivnih blokova citosola uspela da se uobliči u prvobitnu životinju. Sada je svoj energetski potencijal mogla još više da širi tako što je jela biljke i uzimala iz njih skrob. Tako je mogla da ima i višak energije koji bi ostavljala u skladištu za “crne dane”.

Za sve to je bilo potrebno mnogo energije, ali su mitohondrije za ovakav naporan rad već bile spremne jer su znale da koriste kiseonik i “potpale” svoj “šporet”. Sa sve većim skladištima energije, nisu morale sve ćelije da rade oko “šporeta”, pa su neke počele da se specijaliziju za druge poslove u koloniji.

Tako su se pojedine ćelije specijalizovale samo za posao transporta kiseonika (ćelije krvi) i razne druge zadatke – da vide, da slušaju, da pokreću organizam. Ovakva bakterijska kolonija mogla je, u zavisnosti od količine energije, da se uobličava u sve složenije oblike životinja i konačno u ljude.

Zato mi danas moramo da udišemo kiseonik iz vazduha, koji se putem krvi transportuje do svake ćelije u organizmu u kojoj se nalaze mitohondrije. Pomoću njega mitohondrije raspaljuju svoj “šporet”, uklanjaju vodonik iz ugljovodonika i spajaju sa kiseonikom da bi ponovo stvorile vodu, uzimajući sebi neophodne elektrone i stvarajući toplotu. Elektroni iz vodonika se dalje sprovode preko složenog biohemijskog procesa nazvanog “lanac transporta elektrona” i “ciklus limunske kiseline”.

Glavna hrana mitohondija je glikoza i od njenih molekula ona pravi svoje gorivo adenozin trifosfat (ATP) i to je biološka energija koja održava i napaja svaku ćeliju i čitav organizam energijom. Sagorevanje kiseonika održava temperaturu tela od 37 stepeni C. Korišćenjem kiseonika na ovaj način, mitohondrije su mogle da proizvedu i trideset puta više energije nego bakterije koje su koristile fermentaciju. Tako su mitohondrije u nama zapravo električne centrale koje omogućavaju energiju za život svim ćelijama od kojih smo sastavljeni. Mi jedemo i dišemo da bi mitohondrije “založile” svoj biološki “šporet”. Pored kiseonika ona za to koristi i određene mikronutrijente.

Čovek ima dva DNK koda

Kako se radi o simbiozi dva različita organizma, svaki ima svoj DNK. Jedan je u nukleusu citosola (nk DNK), a drugi u mitohondriji (mt DNK).

I tu je problem sa kojim savremena medicina mora da se suoči iako to mnogima ne odgovara. život je struktura (anatomija) plus energija. To razlikuje živog pacijenta od leša. Nažalost, studenti medicine i danas počinju učenje o ljudskom telu seciranjem leša, dakle uče medicinu koja nema veze sa životom. I vide samo citosol konstrukciju. Tako se ljudsko telo od početka u medicini tretira kao mašina sastavljena od delova, pa je i medicina podeljena na isti način u zavisnosti kojim delom se bavi na: nefrologiju, oftalmologiju, neurologiju, kardiologiju, endokrinologiju itd. Istim principom podele rukovode se i farmaceuti u pravljenju lekova – lekovi za kosti, za bubrege, za glavu itd.

Ovaj 450 godina stari anatomski model u medicini upućuje i danas studente da istražuju anatomiju mozga da bi razumeli Alchajmerovu ili Parkinsonovu bolest ili da izučavaju strukturu arterija i građu srca da bi shvatili nastanak kardiovaskularnih bolesti.

Potreba da se napravi adekvatan lek navode i molekularne biologe da kloniraju specifične gene samo za određeno tkivo i određene organe i odrede molekularnu bazu simptoma koji se javljaju na pojedinim organima. Time oni upućuju farmaceute da traže hemikalije koje sprečavaju aktivnosti specifičnih proteina iz određenog tkiva u nadi da time tretiraju baš te simptome. Dakle, očigledno je da se tretiraju simptomi, a ne uzrok poremećaja.I tu nema lečenja.

Jer uzrok može biti baš u slabom napajanju energijom mitohondrija.

Mitohondrijalni model za uobičajene bolesti

Danas se i u konvencionalnoj medicini (ovoj što nema beze sa životom) kaže da je kancer bolest koja nastaje na ćelijskom nivou. Ali, da li samo kancer? Ili je istina da mnoge danas poznate bolesti nastaju na ćelijskom nivou? čak se može reći da postoji sistemski uzrok svih bolesti, a to je problem sa napajanjem energijom, odnosno oslabljen rad mitohondrija. Zato se poslednjih godina razvija posebna grana u medicini koja je počela da dijagnostikuje mitohondrijske bolesti.

Kada se ovako posmatra ljudski organizam, dolazi se do fantastičnog modela kojim se skoro sve poznate bolesti mogu objasniti energetskom iscrpljenošću mitohondrija. Pored toga, sam proces starenja takođe je vezan za gubljenje energije u mitohondrijama.

Posebno je zanimljivo proučavanje DNK mitohondrija.

Za razliku od nk DNK koji se nasleđuje na principu koji je pre 150 godina postavio Gregor Mendel i koji kaže da se svi geni u organizmu stvaraju u dve kopije (jednu prilaže otac, a drugu majka), koje se stalno dele i sjedinjuju, mt DNK se nasleđuje samo preko majke.

Kako svaka ćelija sadrži stotine mitohondrija, svaki mitohondrion (kolonija mitohondrija u jednom citosolu) sadrži višestruke kopije sopstvene mitohondrijske DNK. Tako svaka ćelija sadrži hiljade mt DNK. Originalni bakterijski genom sadrži sve gene neophodne da se stvori slobodan živi bakterijum mitohondrija. Ali, mitohondrija koja živi u okviru eukariotskog ćelijskog citosola mora se prilikom deobe čitave ćelije kopirati dovoljno brzo da osigura da kada se eukariotska ćelija deli (citokineza), neki od potomaka bakterija obavezno kolonizuju svaku ćerku ćeliju. Zato su mitohondrije pod jakim selektivnim pritiskom i moraju brzo da se kopiraju i zato imaju najmanji mogući DNK.

Zbog toga mitohondrije u početku deobe gube sve svoje gene za nezavisan život i tako su upućene na citosol. Mitohondrije su zato i “smislile” sistem pomoću koga mogu transferisati oko 1.500 svojih gena na ekstracelularne plazmide hromozoma iz nk DNK citosola i tu se zapravo ti mitihondrijski geni kopiraju, prepisuju u citosolne mitohondrijske RNK koje se onda prevode na citosolne ribozome. Ribozomi su kuriri koji sve DNK kopije prenose ćerki ćeliji.

Proteini koji su pod tom “šifrom” nastali transportuju se natrag u mitohondrion. Ovaj komplikovan i brz proces mitohondrijama oduzima određenu količinu energije. Pored ovoga, stvaraju se bioprodukti mitohondrijskog sagorevanja na “biološkom šporetu” ćelije jer mitohondrija tada stvara slobodne radikale kiseonika uključujući superoksid anjon (O2-), hidrogen peroksid (H2O2) i radikal hidroksil (OH). Svi zajedno su poznati kao reaktivne vrste kiseonika, i oni na neki način predstavljaju u čeliji štetan “dim” koji se ispušta u međućelijski prostor sa mitohondrijskog “šporeta”.

Ovaj “dim” oštećuje mitohondrijske lipide, proteine i mt DNK. Delimična posledica ovih oštećenja je što mitohondrijski DNK ima veliki stepen mutacije, i 20 puta brži od gena iz ćelijskog jezgra (nk DNK).

I ovaj proces traži od ovih bakterija mnogo energije.

Već pomenuti mikronutrijenti se moraju redovno unositi u dovoljnim količinama u ogranizam i moraju stizati do svake ćelije. Ako njih u hrani nema, mitohondrijski “šporet” ne može dobro da se “potpali” i proizvodnja energije je manja. A ovih mikronutrijenata je u industrijski proizvedenoj hrani sve manje ili potpuno nedostaju.

Bioenergetski prag

Sve ovo dovodi do toga da mitohondrija nekad ne može da proizvede dovoljno energije koliko je potrebno za funkcionisanje izuzetno složenog sistema kao što je ljudski organizam. Kada neka ćelija nema dovoljno energije da sve navedeno odradi, ona dostiže svoj bioenergetski prag.

Mitohondrion (skup mitohondrija u jednoj čeliji) “oseća” nedostatak energije i tada aktivira unutrašnji samouništavajući sistem. Mitohondrija tako razara ćelije koje nemaju dovoljno energije, tako da se one više ne mešaju sa susednim ćelijama koje rade normalno. (Trošnu kuću je bolje srušiti, nego da se ona sruši sama i pobije ukućane.)

Postoji i posebna faza u životu ćelije kada neke potpuno prestaju sa deobom (mitozom) i naučnici ih nazivaju postmitotske čelije. Ali one ne umiru (ne vrše apoptozu) time što su prestale da se dele, već i dalje funkcionišu i deluju kao uspavane (“dišu”, ali se ne “kreću”), pa je time smanjen utrošak energije mitohondrija. Ova faza u životu ćelije se naziva G0 faza.

Koncentracija ovakvih ćelija u određenom tkivu stvara postmitotsko tkivo. Ovakvo tkivo ima ograničen broj ćelija na raspolaganju i pošto proizvodnja energije u njenim mitohondrijama mora da se odvija čitavog života, one, pošto se ne replikuju, ukoliko ostanu bez energije jednostavno zauvek umiru. To su mnoge nervne ćelije. Gubitak ćelija u određenim organima, logično, prouzrokuje njihov slabiji rad.

I nastaju simptomi bolesti. Dakle, pazite kako trošite energiju mitohondrija u svom telu.

Patogene mutacije i starenje

Savremena medicina lako dijagnostikuje da vam neki organ ne funkcioniše kako treba. Hirurzi čak idu tako daleko da organ koji ne radi dobro fizički odstrane ili ga malo “skrate”, a biznis koji je od čoveka napravio mašinu razvio je sistem transplantacije i donatorstva. I to je savremena konvencionalna medicina – skupe mašine koje dijagnostikuju “kvar” i sredstva za ublažavanja tegoba, zbog “kvara”. I to se skupo plaća.

Ali, još 1988. otkrivene su prve patogene mutacije mitohondrijske DNK kod nekih poznatih bolesti. I to je bio znak za dalja istraživanja.

Od tada, veliki broj ovakvih mutacija se otkriva i povezuje sa simptomima bolesti kao što su slepilo, gluvoća, demencija, moždani udari, migrene, nekontrolisani pokreti, kardiomiopatija, dijabetes, otkazivanje bubrega, različite vrste kancera itd. S obzirom na to da su mt DNK mutacije distribuirane svakoj ćeliji u telu, sistemski mt DNK poremećaj može izazvati simptome kod različitih organa. Takođe u zavisnosti od procenta mt DNK mutacije (oštećenja) zavisi koji će se simptomi razviti.

Na primer, zna se da jedna mutacija može biti uzročnik sistemskog poremećaja u sintezi mitohondrijskih proteina. Tako pacijenti koji u sebi nose 10 do 30 odsto mutanata mt DNK razvijaju Tip 2 dijabetesa ili migrenu ili gluvoću, dok pacijenti koji imaju preko 75 odsto mutanata mt DNK mogu razviti kardiomiopatiju, ili neku vrstu moždanog udara.

Mt DNK mutacije se akumuliraju sa godinama u postmitotskom tkivu mozga, srca, mišića ili bubrega. To je zato što mt DNK nastavlja da se kopira, replikuje, iako nk DNK ostaje “uspavan” u G0 ćelijskom ciklusu. Nagomilavanje ovih somatskih mt DNK mutacija razara vremenom mitohondrijsku funkciju, sve dok dovoljno ćelija ne umre i onda se pojavljuju simptomi bolesti ili starenja. Tako skupljanje somatske mt DNK mutacije u postmitotskim tkivima je, u stvari, sat koji otkucava i donosi nam starost.

Ali, primarni pokretač ovih mutacija je ipak “dim” iz mitohondrijskog “šporeta”.

Starenje i gubitak ćelija

Kada kombinacija nasleđenog i somatskog mutacionog poremećaja postane dovoljna da smanji mitohondrijsku energetsku proizvodnju ispod bioenergetskog praga, ćelije su trajno izgubljene. S obzirom na to da smo rođeni sa dovoljno čelija pomoću koji možemo optimalno da se reprodukujemo, prelazak ovog bioenergetskog praga dovodi do toga da kod žena zbog nedostatka ćelija fertilitet više ne može da se održava i ova funkcija prestaje oko 50. godine života.

 Ivona Živković