Photo

В 1602 году во время морского путешествия испанского флота до тихоокеанского побережья Мексики, экипаж был смертельно болен. "Первым симптомом болезни является боль во всем теле, что делает его чувствительным к прикосновениям," писал Антонио де ла Асенсьон, священник, принимавший участие в экспедиции. "Пурпурные пятна начинают покрывать всё тело, особенно ниже пояса; затем так сильно опухают десна, что невозможно сомкнуть зубы и невозможно принимать пищу, получается только пить, далее человек умирает совершенно внезапно прямо во время разговора".

Экипаж страдал от цинги, печально известной и невероятно таинственной болезни тех времен. Никто не знал, почему недуг атакует моряков, и как с ним бороться. Но в то плавание 1602 года священник Асенсьон стал свидетелем того, что он посчитал чудом. В то время как члены экипажа высадились на берег, чтобы похоронить умерших, один из заболевших моряков взял плод кактуса, чтобы перекусить. После того, как моряк съел плод, ему стало намного лучше, и другие члены экипажа последовали его примеру.

"Все стали есть плоды и взяли их с собой на борт, так после двух недель все были здоровы"- писал священник.

В течение следующих двух столетий, постепенно стало ясно, что цинга была вызвана отсутствием фруктов и овощей во время дальних морских путешествий. В конце 1700-х британский флот начал снабжать свои корабли миллионами галлонов лимонного сока с целью искоренения цинги. Но лишь в 1928 году венгерский биохимик Альберт Сент-Дьёрдьи обнаружил, что ингредиентом, способным вылечить цингу, являлся витамин С.

Эксперименты Сент-Дьёрдьи были частью волны исследований начала 20-го столетия, проливших свет на значение витаминов. Ученые обнаружили, что человеческому организму для жизни необходимо незначительное количество 13-ти органических молекул. Дефицит любого из витаминов приводит к различным заболеваниям - отсутствие витамина А- причина слепоты, витамина В12 - тяжелой анемии, витамина Д- рахита.

Continue reading the main story

Сегодня огромное количество исследований направлено на изучение витаминов, но большинство из них сосредоточено лишь на том, какое количество витаминов необходимо для здоровья организма человека. И эти труды не могут ответить на основной вопрос: Как же в конце концов так вышло, что мы настолько зависимы от этих маленьких молекул?

Недавние исследования дают нам всё новые и новые ответы. Похоже, витамины были важны для жизни начиная с самых первых стадий ее развития около четырех миллиардов лет назад. Ранние формы жизни производили витамины самостоятельно, но некоторые виды, в том числе и наш, позже утратили эту способность. Чтобы получать витамины, различным видам живых существ пришлось стать зависимыми друг от друга, так был создан сложный поток молекул, который был назван учеными "витаминным трафиком".

Универсальная Химия

Каждый витамин производится из живых клеток- либо наших собственных, либо клеток других видов. Например, в нашей коже под влиянием солнечного света на холестерин вырабатывается витамин D. Лимонное дерево производит витамин С из глюкозы. Выработка витамина зачастую является чрезвычайно причудливым процессом. У некоторых видов живых существ для того, чтобы обработать молекулу витамина В12, задействуются 22 различных белка.

В то время как белок может состоять из тысячи атомов, витамин может быть составлен лишь из нескольких десятков атомов. И все же, несмотря на свои небольшие размеры, витамины расширяют нашу химическую универсальность. Витамин, взаимодействуя с белками, помогает осуществлять реакции, с которыми белки не могут справиться самостоятельно. Витамин B1, например, помогает белкам извлекать диоксид углерода из молекул.

Витамины производят химические реакции не только в теле человека, но и во всех живых существах. "И бактерии, и грибы, и растения, и люди - все нуждаются в витаминах", -утверждает Гарольд Б. Уайт III, биохимик из Университета штата Делавэр.

Химическая универсальность является результатом эволюции. Многие ученые согласны с утверждением, что сегодняшняя жизнь на земле является результатом эволюции химически более простой формы около четырех миллиардов лет назад. В клетках первичных организмов той эпохи содержался одноцепочечный вариант ДНК, называемый РНК. Тогда РНК выполняла двойную работу: переносила гены, как это сегодня делает ДНК, и катализировала химические реакции, как это делают белки.

Доктор Уайт был одним из первых ученых, всерьез задумавшихся об этом первичном "мире РНК". В 1975 году он предложил, что витамины помогали молекулам РНК выполнять свои химические реакции. И сегодня, отвечающие за те же реакции белки, по-прежнему нуждаются в помощи витаминов. “Теперь мы никак не сможем избавиться от витаминов,” - заявил Уайт.

Когда доктор Уайт предложил свою теорию, многие ученые были настроены скептически. “Люди твердили: Как вы собираетесь ее проверить?’ ” вспоминает доктор. “Я сказал, что проверить не способен’ И я действительно не видел какого- либо способа произвести проверку в то время.”

Потребовалось почти четыре десятилетия для того, чтобы технологии достигли необходимого уровня развития. Дипанкар Сен, биохимик из Университета Саймона Фрейзера в Британской Колумбии, в 2007 году начал проверку идеи доктора Уайта.

После шести лет исследований доктор Сен и его аспирант Пол Кернак нашли молекулу РНК, которая могла использовать витамин В1, чтобы получать углекислый газ из другой молекулы. Это как раз то, для чего белки используют В1 сегодня, как и предсказывал доктор Уайт. Доктор Кернак и доктор Сен описали свой эксперимент в научном журнале Nature Chemistry.

Photo

Потерянная способность

После развития способности производить витамины, некоторые виды особенно в этом преуспели. Растения, например, превратились в фабрики по производству витамина С, их листья и плоды буквально наполнены молекулами витамина. Вероятно, изначально витамин С защищал растения от стресса, эту же функцию витамин выполняет и у других видов существ, включая человека. Но со временем в растениях витамин С стал выполнять и другие функции, например, помощь в развитии плода.

Растениям потребовались сотни миллионов лет, чтобы стать искусными производителями витамина С, но процесс выработки витамина может измениться и за более короткий срок. Нашим предкам понадобились всего тысячи лет для изменения производства организмом витамина D. Когда люди покинули экваториальную Африку и распространилась на более высоких широтах, солнце было ниже и поставляло меньше ультрафиолетового света. Приобретая более светлую кожу в процессе эволюции, европейцы и азиаты смогли продолжить запасать витамин D.

Помимо витаминов D и K, мы, люди, не способны производить необходимые нам витамины. Лишь в некоторых отдельных случаях наши предки могли вырабатывать витамины, но позднее потеряли эту способность. Например, 100 миллионов лет назад наши млекопитающие предки могли производить свой собственный витамин С, и поэтому не болели цингой.

Многие позвоночные могут производить витамин С, используя идентичный нашему набор генов. “Мы должны быть способны вырабатывать витамин С, ведь у нас есть все необходимые гены," - утверждает Ребекка Стивенс из Французского национального института сельскохозяйственных исследований.

Однако в отличие от лягушки или кенгуру в одном из наших генов, известном как GULO, произошла мутация - повреждение. Неспособные производить белок GULO, мы также не можем создавать витамин С.

"Но дело не только в нас - всё уходит корнями в далекое прошлое"- говорит Гай Друин, молекулярный биолог-эволюционист из Университета Оттавы. Он и другие исследователи выяснили, что у обезьяны и у человекообразной обезьяны, наших ближайших родственников, при большинстве тех же мутаций также поврежден ген GULO. Доктор Друин сделал вывод, что общий предок людей и обезьян потерял способность производить витамин С около 60 миллионов лет назад.

Ген мутировал не только у людей

Приматы - не единственные животные с поврежденным геном GULO, и именно поэтому ученые в первую очередь обнаружили витамин С. Доктор Сент-Дьёрдьи совершил прорыв благодаря открытию, суть которого в том, что морские свинки, в отличие от других грызунов, болеют цингой. Оказывается, их ген GULO из-за ряда мутаций не функционирует точно также как и наш.

Как это было в случае с приматами и морскими свинками, ген GULO был поврежден и у некоторых других видов животных, таких как летучие мыши и певчие птицы. Ученые также обнаружили, что животные, как правило, лишаются витамина С после перехода на диету, богатую им. Например, наши предки - приматы стали есть плоды и листья, которые снабжали их гораздо большим количеством витамина С, чем нуждался организм.

“Тот факт, что вы теряете ген, который позволяет вам быть независимым, парадоксален,"- сказала Кэтрин Е. Холлиуэлл из Ке́мбриджского университета, соавтор августовской статьи о распаде витаминов в журнале Тенденции в области генетики. "Но если вы в течение длительного периода времени постоянно употребляете в пищу продукты, содержащие этот витамин, тогда у вас нет необходимости в использовании особого гена для его производства,"- добавила Холлиуэлл.

Теперь, когда ученые могут сканировать геномы тысяч видов существ, удается обнаружить еще большее количество случаев, в которых витаминные гены распадаются или совершенно исчезают. Серджо Санудо-Вильгельми из Университета Южной Калифорнии и его коллеги недавно провели проверку геномов четырехсот наиболее распространенных видов бактерий в океанах. Как сообщают ученые в статье, которая будет опубликована в Ежегодном Обзоре Морских Наук, 24 процентам бактерий не хватает генов для производства витамина В1, и 63 процента не способны создавать витамин B12 .

Эти исследования особенно удивительны, ведь бактерии уже давно считаются независимыми, когда речь идет о витаминах. Теперь ученым необходимо выяснить, почему многие виды бактерий в океане не умирают от микробной разновидности цинги.

"Кто-то помогает бактериям оставаться в живых ради блага всей экологической системы, но мы не знаем, кто именно ," - говорит доктор Санудо-Вильгельми.

Только недавно ученые провели измерения количества витаминов, содержащихся в морях. Некоторые области, обнаруженные исследователями, изобилуют витаминами, некоторые же - являются витаминными пустынями. Вполне возможно, что эта разница оказывает влияние не только на бактерии и водоросли, но и на питающихся ими животных.

Циркуляция витаминов представляет собой сложный процесс не только в океане, но и на суше. Например, люди не способны производить витамин В12, и поэтому вынуждены получать его из пищи. Одним из способов получения В12 является употребление в пищу содержащего витамин мяса, например, говядины. Но, оказывается, коровы и другие животные, чье мясо мы едим, также не могут вырабатывать витамин B12 в собственных клетках. Эту работу выполняют бактерии в кишечнике животных.

Наш организм также является домом для тысяч видов бактерий, которые питаются нашей едой и синтезируют витамины для нас. Значит ли это, что мы зависимы от нашего внутреннего "витаминного трафика"? "Это предположение пока находится на уровне теории", утверждает Даув ван Синдерен, микробиолог из Ирландского национального университета в Корке. "Но доказательства говорят, что бактерии могут предоставлять нашему организму некоторые необходимые витамины."

Если это правда, то мы, должны воспринимать наши тела как независимые океаны с потоками витаминов, существующими на земле в течение четырех миллиардов лет.

Continue reading the main story