Život po smrti: Co dělají naše buňky, když my už nejsme?
Smrt čeká každý pozemský organismus, člověka nevyjímaje. Je proto s podivem, jak málo o konci života víme. Co se děje v těle po posledním vydechnutí? Umírá všech čtyřicet bilionů buněk, nebo některé fungují dál? A pokud ano, jak dlouho a jaké procesy se v nich odehrávají?
Za smrt se u člověka považuje okamžik zástavy srdce nebo vyhasnutí aktivity mozku. Tato tzv. klinická smrt je většinou definitivní a nevratná. Dárcovství orgánů pro transplantace však jasně dokazuje, že buňky, tkáně či orgány žijí i poté, co jejich „nositel“ skoná. Ostatně ve vzácných případech mohou lidé klinickou smrt překonat a takříkajíc se vrátit ze záhrobí. Výzkum vedený Nenadem Šestanem dokládá, že po smrti okamžitě neumírají ani mozkové neurony, které jsou na nedostatek kyslíku v důsledku srdeční zástavy nejcitlivější.
Tým zmíněného neurologa vyvinul v laboratořích Yale School of Medicine aparaturu nazvanou BrainEx, jež udrží mozek prasete při životě mimo tělo nejméně po dobu jednoho týdne. Šestan a jeho kolegové získali na jatkách hlavu poraženého vepře a v laboratoři z ní vyjmuli mozek. Jeho krevní oběh pak napojili na systém pump, čímž zajistili zásobování tkáně speciálním roztokem. Přestože klíčový orgán připojili k BrainExu až čtyři hodiny po usmrcení prasete, podařilo se v něm obnovit i buněčné procesy, jež měly podle tradičních představ nenávratně vymizet. Mozek nezískal vědomí a nedaly se u něj rozeznat žádné projevy organizované aktivity, ale mrtvý rozhodně nebyl…
Stejně jako v děloze
Po klinické smrti se podmínky pro buňky v těle dramaticky změní. Za života dostávaly díky krevnímu oběhu kyslík i živiny a zároveň se zbavovaly zplodin látkové výměny. S tím je sice konec, ale pro buňky se nejedná o zcela novou situaci: Ve velmi podobném prostředí se totiž vyvíjí rané embryo v těle matky. Nemá krevní oběh, který by dodával buňkám živiny a kyslík, a v okolním prostředí je koncentrace tohoto životadárného plynu nízká – asi jen čtvrtinová v porovnání se vzduchem, který dýcháme. Krajně náročná situace pak trvá až do vytvoření placenty, jež přísun klíčových látek a odvod zplodin obstará.
Buňky přežívající v lidském těle po klinické smrti se tak snaží přizpůsobit drastické změně, která připomíná návrat k počátkům existence. Nejde sice o typický život po životě, přesto jsou posmrtné procesy v organismu velmi zajímavé a vybízejí k praktickému využití. Vědci se proto v posledních letech intenzivně věnují jejich zkoumání.
Zapínání a vypínání genů
Všech čtyřicet bilionů buněk lidského těla dostalo do vínku stejnou dědičnou informaci, jež vznikla při oplození vajíčka spermií. Přesto naše tělesná schránka sestává z široké palety buněk lišících se vzhledem i funkcí. Mozkové neurony se pomocí četných výběžků napojují na jiné neurony, takže si mohou předávat elektrické vzruchy. Kulovité bílé krvinky se zaměřují na produkci protilátek přesně zacílených na vše, co organismus vyhodnotí jako nežádoucí. Popsaných specializací dosahují buňky tak, že se v jejich dědičné informaci aktivuje vybraná sada genů: Některé se „uspí“ a jiné „probudí“. Ačkoliv tedy lidský genom zahrnuje zhruba 23 tisíc genů, v jednotlivých buňkách jich pracují nanejvýš nižší tisíce.
Uspávání a probouzení genů reguluje složitý systém tzv. epigenetických modifikací. Ty sice nemění samotnou DNA, ale zasahují do spektra molekul, jež jsou na ni navázané. Dvojitá šroubovice DNA v každé lidské buňce měří kolem dvou metrů, a aby se do titěrného jádra vešla, je navinutá na drobné molekuly bílkovin známé jako histony.
Molekuly navázané na histony pak určují, jak těsně se závity šroubovice semknou a nakolik povolí. Pevně utažené kličky buňce neumožňují využít geny, které se v daném úseku DNA nacházejí, zatímco povolením kliček se geny zpřístupní a aktivují. Některé jsou uspané navázáním látek přímo na dvojitou šroubovici, a když se DNA těchto „přívěsků“ zbaví, dotyčný gen se probudí a začne pracovat. Naopak připojením přívěsků na doposud volný úsek šroubovice se gen uloží ke spánku.
Buňka nemá hodnotu
Po smrti organismu dochází v dědičné informaci přežívajících buněk k masivnímu přeprogramování. Mění se utažení kliček DNA kolem histonů a také rozmístění přívěsků. Genům, které se po klinické smrti probudí, se pak s nadsázkou říká „zombie“. K orgánům, jež skonu vzdorují nejdéle, patří játra a prostata. Po smrti se v nich rychle aktivuje hned několik „zombie genů“ a jako jedny z prvních se probouzejí ty, jimiž se buňky chrání před spácháním „sebevraždy“.
Pro organismus nejsou dílčí buňky nijak zvlášť důležité, tudíž je v případě potřeby bez problémů obětuje ve prospěch celku. Proto v nich existuje jakýsi autodestrukční program, odborně nazývaný apoptóza nebo také programovaná buněčná smrt. Ten se standardně spouští, je-li buňka vážně poškozená a její narušená dědičná informace by hrozila propuknutím zhoubného bujení. Stejně tak páchají „sebevraždu“ apoptózou buňky zasažené virem: Čím déle by mu totiž vzdorovaly, tím víc času by mu poskytly k množení, zatímco sebedestrukcí jeho šíření zastaví. Řada infekcí a nádorových bujení tedy velmi rychle skončí právě díky obrannému mechanismu apoptózy.
Od bláznů k průkopníkům
V organismu, kde se zastavily základní životní funkce, čelí buňky krajně nepříznivým podmínkám – což v nich může aktivovat geny pro programovanou buněčnou smrt. V játrech, prostatě a dalších tkáních však některé buňky autodestrukční program zablokují. Klíčovou roli v buněčné adaptaci na „posmrtný život“ hraje gen HIF pro bílkovinu známou jako transkripční faktor indukovaný hypoxií. Ten mobilizuje stovky uspaných genů, a umožní tak buňkám přežívat i bez přísunu kyslíku.
Tzv. thanatotranskriptom představuje soubor šroubovic kyseliny ribonukleové neboli RNA, produkovaných buňkami po klinické smrti (viz také Posmrtný přepis). Jeho studium odhalilo asi tisíc genů, které zůstávají po klinické smrti aktivní i dva dny – včetně těch, jež pohánějí množení a přežití buněk, povzbuzují růst či urychlují látkovou výměnu.
Nic z uvedeného bychom si asi nespojovali se smrtí organismu. Naopak, jde o projevy velmi intenzivního života. Není to zas tak překvapivé: Zmíněné geny překypují aktivitou v buňkách raných embryí, ale v buňkách dospělého organismu je jejich aktivita velmi důkladně potlačena. Po smrti nastává v organismu celkový rozvrat a ten se v přežívajících buňkách projeví odbrzděním do té doby inaktivních genů. Jedná se o spontánní, samovolný proces.
Výsledky výzkumu thanatotranskriptomu bral zpočátku vážně jen málokdo, dnes je však vědecký svět považuje za neoddiskutovatelný fakt. „Když jsme začínali, lidé si mysleli, že jsme úplní blázni,“ vzpomíná americký biolog Peter Noble z University of Alabama. „Nechápali, proč chceme zkoumat smrt. Pak se ale ukázalo, že pro to existují dobré důvody.“
O výsledky popsaného studia se velmi vážně zajímají kriminalisté a patologové. První zmínění už dlouho využívají analýzu DNA, proti níž má ovšem RNA řadu výhod. Není sice tak stabilní, ale vyskytuje se v buňkách v mnohonásobně vyšším množství, což rozbory usnadňuje. Pro vyšetřování násilných trestných činů je také zcela zásadní určit čas úmrtí oběti, s čímž může thanatotranskriptom pomoct. Navíc se ukazuje, že se k danému účelu velmi dobře hodí RNA izolovaná z kůže či podkožního tuku, jež je pro odběr snadno dostupná.
Zárodky rakoviny
Patologům by zas posmrtné vyšetření transkriptomu mohlo pomoct při odhalování příčin smrti. Komplikované jsou třeba případy náhlých úmrtí lidí, kteří netrpěli zjevnými zdravotními problémy: Zhruba u třetiny z nich se nepodaří příčinu objasnit. Nové výzkumy však ukázaly, že také skrytě probíhající onemocnění poznamená aktivitu genů příslušné tkáně a projeví se typickými změnami v transkriptomu, které lze odhalit i po smrti. Povedlo se tak například prokázat, že za náhlý skon mohla skrytá choroba srdce.
Další uplatnění najdou analýzy thanatotranskriptomu v transplantační medicíně. V případě orgánů odebraných po smrti dárce může totiž určení spektra RNA napomoct k posouzení jejich kvality. Noble rovněž upozorňuje, že lze mezi posmrtně „probuzenými“ geny najít takové, jejichž vysoká aktivita je typická pro zhoubné nádory. „Jedná se o důležitý faktor, protože u pacientů po transplantaci je výskyt rakoviny častější. Obvykle se to vysvětluje dlouhodobým užíváním léků na potlačení imunity, aby se zabránilo odmítnutí orgánu. Když ho ovšem chirurgové transplantují, geny typické pro zhoubné nádory již v buňkách vykazují zvýšenou aktivitu,“ dodává Noble.
Výzkum posmrtných procesů má přitom nejen biologickou, ale také etickou stránku. Definice smrti je z mnoha důvodů velmi důležitá a názorný příklad nabízí právě odběr orgánů pro transplantace: Pokud bychom pod vlivem nových objevů oddálili moment, kdy lze dárce prohlásit za mrtvého, zcela jistě by to snížilo vyhlídky na jejich úspěch. A jestliže bychom vyřazovali orgány, v nichž by silně vrostla aktivita genů charakteristických pro zhoubné nádory, klesla by jejich dostupnost. Výzkum na daném poli zkrátka přináší vedle odpovědí také řadu otázek a morálních dilemat…
Posmrtný přepis
Aktivita genů se projevuje syntézou jednoduchých šroubovic kyseliny ribonukleové neboli RNA. Uvedenému procesu se odborně říká transkripce, protože jde vlastně o přepis instrukcí uložených v genech DNA do formy RNA. Její molekuly potom slouží jako recept, podle nějž si buňka vyrábí bílkoviny potřebné k zajištění všech životních procesů a funkcí. Soubor jednoduchých šroubovic RNA, které daná buňka pro své potřeby produkuje, označují biologové jako transkriptom. Souboru šroubovic RNA produkovaných buňkami po klinické smrti pak říkají thanatotranskriptom, podle řeckého thanatos neboli smrt.
