Клетки в наших телах подобны шумным городам, где отлаженная система на основе железа использует перекись водорода не только для уборки беспорядка, но и для отправки критических сигналов. Обычно она работает нормально, но в условиях стресса, например воспаления или всплеска потребности в энергии, окислительный стресс повреждает клетки на генетическом уровне.
Происходит это потому, что железо и H2O2 соединяются в так называемой реакции Фентона, образуя гидроксильные радикалы — разрушительные молекулы, которые атакуют ДНК и РНК. Но, похоже, найдено спасение — углекислый газ. Эта угроза глобальному климату дарит клеткам секретное оружие в виде бикарбоната, который помогает поддерживать сбалансированный уровень pH.
Химики из Университета Юты обнаружили, что бикарбонат не только действует как буфер pH, но и изменяет саму реакцию Фентона в клетках — вместо гидроксильных радикалов в ней образуются менее агрессивные карбонатные. Статья об этом открытии готова к публикации в PNAS.
«Так много болезней, так много состояний имеют окислительный стресс как компонент патологии. Это включает в себя многие виды рака, фактически все возрастные хвори, множество неврологических заболеваний. Мы попытались понять фундаментальную химию клеток при окислительном стрессе — и узнали кое-что о защитном эффекте CO2, что, по моему мнению, действительно важно», — рассказала профессор химии Синтия Берроуз.
В основе окислительного стресса — разрушительное действие свободных радикалов. Гидроксил поражает ДНК как выстрел из дробовика, вызывая повреждения повсюду. Карбонатный радикал действует только на гуанин — одну из четырех букв нашего генетического алфавита. «Это как бросать дротик в яблочко, где G — центр мишени», — сравнила профессор.
По ее мнению, это открытие полезно прежде всего с точки зрения фундаментальной науки. В инкубаторах, где химики и биологи выращивают клеточные культуры, концентрация углекислоты достигает 5%. А когда исследователи вынимают образцы на свежий воздух — те немедленно окисляются, снижая достоверность результатов эксперимента.
«Это как открыть банку пива — вы выпускаете CO2, когда достаете клетки из инкубатора. Это как проводить эксперименты с вчерашним стаканом пива. Оно довольно пустое — оно потеряло CO2, свой бикарбонатный буфер, — сказала Берроуз. — Эти исследования показывают, что для получения точной картины повреждения ДНК, которое происходит в результате обычных клеточных процессов, таких как метаболизм, исследователям необходимо тщательно имитировать надлежащие условия клетки и добавлять бикарбонат, т. е. соду!»
Ученая намерена добиться от NASA финансирования продолжения исследований на предмет изучения влияния CO2 на людей в замкнутом пространстве, например, внутри космических кораблей и подводных лодок — возможно, углекислота может защищать от радиации.