Но что же это за болезни и как же их генетическая подоплека связана с симбиозом митохондрий и клеток?

Когда мы вдыхаем кислород, он проникает в каждую клетку нашего тела и быстро достигает митохондрий, где и осуществляется самое таинство процесса дыхания. Там с помощью кислорода сахара превращаются в пригодную для хранения и переноски форму, аденозинтрифосфат, или АТФ, — универсальный источник энергии для живых клеток. Процесс этот известен под названием «окислительное фосфорилирование». Потому митохондрии — поставщик энергии для каждой живой клетки нашего тела. Парадоксальным образом кислород является опаснейшим для живых тканей ядом и потому требует тщательнейшего обхождения. Биологи считают, что именно в силу токсичности кислорода митохондрии не слились с ядром, несмотря на колоссальное время существования симбиоза клетка — митохондрии. И сейчас при химических реакциях в митохондрии и вблизи нее создаются весьма ядовитые кислородные соединения, известные как «токсичные свободные радикалы», — и они способны вызывать заболевания.

Митохондрии весьма важны и для поддержания здоровья тканей и клеток. Например, нормальное функционирование органов и тканей во многом зависит от своевременного возобновления клеток, а это подразумевает запрограммированную смерть старых клеток, так называемый «апоптоз». Митохондрии напрямую вовлечены в этот процесс. Потому едва ли окажется удивительным обнаружить прямую связь между нарушениями митохондриальных генов и тяжелыми наследственными болезнями.

Одно из наиболее распространенных наследственных заболеваний зрения — болезнь Лебера, или наследственная атрофия зрительного нерва. Мужчин она поражает в четыре раза чаще, чем женщин. У пораженных ею людей в детстве зрение нормальное, но в подростковом возрасте либо чуть позже вдруг возникает странное замутнение посреди поля зрения. Обычно такое начинается на одном глазу, но быстро распространяется и на второй. Вскоре зрение больного серьезно ухудшается, вплоть до фактической слепоты, а при обследовании врачи замечают странное просветление диска — области в центре глазного яблока, где к нему подсоединяется глазной нерв. Подоплека этого заболевания долго оставалось загадкой, пока в 1988 году не обнаружили: болезнь вызвана мутациями митохондриальных генов. Хотя около двух десятков мутаций связаны с этой болезнью, за 85–90 процентов случаев ответственны всего лишь три мутации. Почему эти мутации воздействуют именно на зрительный нерв, в точности не известно. Возможно, митохондрии неверно программируют апоптоз клеток в зрительном нерве, и это вызывает его дегенерацию.

Поскольку болезнь Лебера наследуется только от матери и генетическая подоплека ее сложна, иногда считали, что эта болезнь связана с дефектами Х-хромосомы, то есть что дефектный ген переносится материнской Х-хромосомой, — но генетика заболевания вовсе не следует законам Менделя. Она определяется передачей цитоплазмы материнской яйцеклетки, что и влечет иной характер наследования. Чтобы понять его, а также то, каким образом дефекты митохондриального генома вызывают заболевания, рассмотрим подробнее происходящее на генетическом уровне.