Одноклеточному организму очень сложно избавиться от вирусов после того, как те уже попали внутрь клетки. В некоторых случаях в дело вступают защитные иммунные белки, ограничивающие репликацию вирусов. Например, бактерии кодируют ферменты — рестриктазы, расщепляющие мотивы (то есть определенные последовательности нуклеотидов) ДНК, отсутствующие в бактериальном геноме, но присутствующие в бактериофагах. Знаменитая система CRISPR/Cas9 также является частью бактериального иммунитета, которая помогает особым образом уничтожать ДНК фагов. Оба механизма, рестриктазы и CRISPR/Cas9 распознают последовательности ДНК, которые присутствуют в фаговой ДНК, но отсутствуют в геноме бактерии, иначе она атаковала бы саму себя. Поэтому если фаг заражает клетку, обладающую этими защитными механизмами, он будет уничтожен, а бактерия спасена.

Однако, как мы обсуждали в главе 27, взаимодействие хозяина и патогена — это постоянная «гонка вооружений». Находясь под селективным давлением, ДНК бактериофагов постоянно мутирует, то есть мотивы, распознаваемые ферментами рестрикции и системой CRISPR/Cas9, эволюционируют с течением времени и перестают распознаваться. Предположим, устойчивый фаг с таким мутировавшим мотивом ДНК заражает бактериальную клетку. В этом случае у бактерии будет очень мало шансов выработать новый фермент рестрикции или модифицировать систему CRISPR/Cas9 за то короткое время, пока длится инфекция. В этом случае преимущество будет на стороне бактериофага, и адаптивная запрограммированная смерть, или феноптоз, является эволюционно выгодным вариантом для бактерии. Не имея возможности устранить инфекцию и обезопасить себя, бактерия пытается прекратить репликацию фага ценой собственной жизни. Совершая самоубийство, она спасает своих соседей, которые, вероятно, являются ее родственниками [106].

Неудивительно, что механизмы адаптивной смерти у бактерий эволюционируют аналогично классическим иммунным механизмам: фаги изобретают способы подавления самоубийства бактерий, бактерии эволюционируют, чтобы преодолеть подавляющие механизмы фагов, или изобретают новые механизмы самоубийства. Фаги изобретают новые трюки, чтобы это преодолеть, и так далее. Таким образом, ответ на инфекцию с помощью феноптоза эволюционно оправдан и хорошо изучен у одноклеточных организмов.

Экология взаимодействия патогенов и хозяев у многоклеточных значительно отличается. Если организм состоит из нескольких клеток, он способен избавиться только от зараженных, сохранив при этом здоровые клетки. Это гораздо проще, чем удалить вирус, который уже проник в клетку. Инфицированные клетки активируют иммунную систему, способную в большинстве случаев либо полностью удалить патоген, либо снизить эффективность его репликации. Здоровые клетки, окружающие очаг инфекции, активируют свои антивирусные механизмы, что помогает ограничить репликацию вируса. Таким образом, наше тело может удалить большинство инфекций без существенных долгосрочных последствий. Это принципиально отличает нас от бактерий.

Может ли наша иммунная система надежно предсказать исход заболевания? Является ли конкретная инфекция легкой лихорадкой, которая пройдет через несколько дней, или это тяжелое хроническое расстройство, стерилизующее организм? Как иммунная система может это выяснить? Кажется, что эта задача является для нее непосильной: она может, например, распознать новый чужеродный белок в крови, но каким образом использовать эту информацию для определения природы патогена и прогнозирования исхода заболевания?

Наличие легких или излечимых инфекций создает неопределенность, которая заставляет организмы отказаться от феноптоза как средства борьбы с инфекциями. Феноптоз в ответ на инфекцию становится эволюционно невыгодным, поскольку хозяева, которые убивают себя после заражения обычной простудой, будут быстро вытеснены мутантными вариантами, лишенными феноптоза. Таким образом, отсутствие достоверной информации о свойствах заболевания может быть основополагающим фактором, определяющим разницу в стратегиях адаптивной смерти между одноклеточными и многоклеточными организмами.

Следует отметить, что у некоторых одноклеточных, например у дрожжей, наряду с апоптозом (запрограммированной клеточной смертью) все-таки присутствует старение. Может ли теория контроля патогенов дать объяснение этому феномену? Помимо того, что иммунная система не всегда может распознать тип инфекции, она не всегда способна установить сам факт присутствия патогена в организме. Поскольку паразиты эволюционируют намного быстрее хозяев, они постоянно приобретают новые механизмы ухода от иммунного ответа, в частности, стараются избегать обнаружения. Если эволюция паразита привела к получению им «шапки-невидимки», то феноптоз по очевидным причинам не поможет предотвратить эпидемию такого патогена — организм попросту не будет знать, что он заражен. Однако старение может помочь удалить потенциально зараженных особей, основываясь на статистической вероятности заражения, а не на возможно неточной информации, получаемой от иммунной системы.

Итак, если бы организмы имели точную информацию о том, какими болезнями они заражены, они бы убивали себя с помощью феноптоза при заражении стерилизующими хроническими заболеваниями и излечивали или подавляли симптомы всех остальных болезней. Однако неопределенность обнаружения и идентификации инфекций делает эту стратегию неэффективной. Поэтому старение могло развиться как примитивная, но универсальная и неспецифическая мера борьбы с хроническими патогенами, которая не требует точной информации о факте заражения и типе инфекции.

Рис. 27. Феноптоз: адаптивная смерть в ответ на инфекцию помогает избавиться от хронических патогенов, но очень вредна в присутствии излечимых патогенов. Эксперимент очень похож на приведенный на рис. 24, однако теперь долгоживущий вариант отвечает немедленной смертью на заражение патогенами. В присутствии стерилизующего хронического патогена такой вариант способен успешно размножаться и вытеснять короткоживущий вариант, поскольку инфекции удаляются из популяции за счет феноптоза, а размножение более эффективно за счет долгой жизни. Однако в присутствии относительно легко излечимого патогена феноптоз становится чрезвычайно вредным свойством: особи умирают из-за болезни, которая сама по себе не наносит существенного вреда. В этом случае короткоживущий вариант быстро побеждает долгоживущий.

Достаточна ли гипотеза контроля патогенов для того, чтобы объяснить старение как универсальный феномен? Являются ли инфекционные заболевания достаточно сильным экологическим фактором, чтобы определять эволюцию старения? Или же они просто влияют на продолжительность жизни наряду со многими другими экологическими факторами? Чтобы ответить на эти вопросы, нам нужно более глубокое понимание экологии и эволюции хронических стерилизующих патогенов, поскольку, согласно нашей гипотезе, именно они являются основной движущей силой эволюции старения.