Кислород играет ключевую роль в поддержании жизни. Но все ли так однозначно, как кажется на первый взгляд? Совсем недавно ученые провели крупное исследование, которое заставило усомниться в пользе кислорода. Хотя обычно кислород считается необходимым для жизни человека, новые исследования показывают, что его избыток может привести к повреждению органов, судорогам и даже смерти. Это явление, называемое кислородной токсичностью или гипероксией, возникает при избытке кислорода, который превышает потребности организма. И раньше ученые предполагали, что переизбыток негативно влияет на организм, но новое исследование Института Гладстона позволило понять, как именно избыток кислорода изменяет некоторые белки в наших клетках, что приводит к повреждению структуры самого организма. Эти результаты, могут помочь понять причины таких заболеваний, как сердечные приступы и апноэ во сне.

Пользу кислорода сложно переоценить

Исследование также позволило ученым составить детальную последовательность событий, происходящих при гипероксии. Хотя результаты оказались неожиданными, они представляют большой интерес для дальнейших исследований.

Негативное влияние кислорода на живые организмы

Недавнее исследование показало, что избыток кислорода в организме изменяет определенные железосодержащие и серосодержащие белки в наших клетках, подобно процессу ржавления железа.

В целом переизбыток всех вещей в мире может быть опасен, однако высокие уровни кислорода являются токсичными для всех форм жизни на Земле, включая бактерии, растения, животных и людей. Правда и недостаточное количество кислорода также может привести к смерти. Существует золотая середина, при которой большинство видов жизни на Земле процветает, получая оптимальное количество кислорода.

В медицине давно изучают влияние нехватки кислорода на клетки и ткани, например, при инфарктах и инсультах. Но влияние избытка кислорода до сих пор оставалось недостаточно изученным.

Кислород является ключевым фактором для жизни

Ранее считалось, что больше кислорода – это лучше или, по крайней мере, полезно при лечении сердечных приступов. Однако сегодня все больше клинических исследований показывают, что избыток кислорода может ухудшать состояние и оказывать опасное влияние на весь организм.

Исследования в этой области подтверждают, что избыточное количество кислорода может быть вредным для пациентов с сердечными приступами и рядом других болезней. Кроме того, у пациентов с апноэ сна внезапные всплески кислорода могут увеличивать риск развития хронических проблем со здоровьем.

Процессы того, как это происходит – оставались непонятными. Многие исследователи предполагали, что реактивные виды кислорода, которые могут повреждать геном и многие молекулы в клетках, играют определенную роль в гипероксии. Однако было мало доказательств того, как избыток кислорода влияет на конкретные ферменты и метаболические пути.

Новые молекулярные пути развития клеток под воздействием кислорода

Ученые применили специальную систему – CRISPR для изучения влияния повышенного содержания кислорода на геном. Они провели эксперимент, удалив более 20 000 генов из человеческих клеток, которые выращивали в лабораторных условиях. Затем исследователи сравнили рост каждой группы клеток при различных уровнях кислорода – 21% и 50%, чтобы определить, какие гены влияют на гипероксию. Благодаря такому непредвзятому подходу удалось изучить вклад тысяч различных путей развития, а не только известных ранее. Это позволило исследователям выявить молекулы, которые ранее не были связаны с кислородной токсичностью. В результате анализа выделились четыре молекулярных пути, связанные с различными клеточными функциями, такими как восстановление поврежденной ДНК, производство новых строительных блоков ДНК и выработка клеточной энергии.

Генная инженерия помогает ученым отвечать на многие вопросы

Влияние избытка кислорода на белки

Вначале команда исследователей не понимала, что объединяет эти четыре пути и как высокий уровень кислорода влияет на них. Только после детального изучения молекул было выяснено, что каждый путь содержит критический белок с железо-серными кластерами в молекулярной структуре.

Далее исследователи обнаружили, что в 30% кислороде эти железо-серные кластеры в четырех белках окисляются и разрушаются, вступая в химическую реакцию с атомами кислорода. Клетки перестают функционировать правильно и потребляют еще меньше кислорода, что приводит к дальнейшему повышению уровня кислорода в окружающих тканях.

Некоторые вещи, которые могут быть бесценно полезными, в неправильных пропорциях окажутся убийственны

Это исследование указывает на то, что гипероксия воздействует на клетки и ткани не только через реактивные виды кислорода, как предполагалось ранее. А использование антиоксидантов, которые противодействуют реактивным видам кислорода, не является достаточной мерой для предотвращения кислородной токсичности.

Хотя кислород является необходимым для жизни, избыток кислорода может быть токсичным и повреждать клетки. Это особенно важно в медицинских условиях, где пациенты могут получать слишком большие дозы кислорода, что может нанести им вред.