Автолиз
Авто́лиз (аутолиз; от авто... и ...лиз), процесс переваривания клеток, органелл и других клеточных структур ферментами, содержащимися в собственных лизосомах клетки. Также он известен как апоптический лизис и клеточная аутофагия.
Возможность автолитического, ферментативного распада клеточных биомолекул существует в каждой клетке, так как ей требуются ферменты для переработки питательных веществ, деградации токсичных веществ и целых клеточных органелл. Автолитические ферменты находятся в лизосомах (органеллах с кислой средой). В процессе автолиза лизосома высвобождает ферменты, которые разрушают определённую клеточную структуру или целую клетку. Этот механизм необходим в посмертном разложении организмов (животных, растений, грибов и бактерий), для дальнейшего поглощения расщеплённых соединений сапротрофами, но также встречается и при жизни во время роста.
Автолиз проходит во время многих физиологических процессов животных, например, метаморфоза амфибий, насекомых, в сердечно-сосудистых процессах, процессах репродуктивной системы, при инволюции матки после родов и молочных желез после окончания секреции молока, при воспалительных и иммунных реакциях и т. д.
Взрослая особь остромордой лягушки (Rana arvalis) после метаморфоза. Фото: Дарья Климова. Автолиз – комплексный процесс, в котором задействовано большое количество генов, кодирующих белки, например гены ALB, CAPN2, CAST, SLC9A6 и ТТН.
У растений разрушение клеток собственными ферментами является основным способом клеточного лизиса, поскольку их клеточные стенки предотвращают поглощение другими клетками. Процессу автолиза, например, подвергаются части корневой системы, ситовидных трубочек и семян во время роста.
Автолиз также встречается во время процессов спорообразования и обмена генетической информацией у бактерий и в процессах жизнедеятельности грибов.
Процесс автолиза живых организмов после гибели
Автолиз участвует не только в прижизненных процессах организмов, но и в посмертных.
На скорость автолиза влияют различные факторы, как внутренние, так и внешние. Например, более высокие температуры ускоряют автолиз, а более низкие температуры замедляют его (крупное животное будет автолизироваться быстрее, чем более мелкое, потому что внутренняя температура тела будет оставаться более высокой дольше).
Ткани с большим количеством ферментов (печень, поджелудочная железа и кишечник) автолизируются быстрее, ткани с меньшим количеством ферментов, например мышцы, деградируют медленнее.
В контексте посмертного разложения в процессе автолиза катаболически активные ферменты способны воздействовать на клеточные органеллы и молекулярные компоненты, которые обычно не служат субстратами. Высвобождение этих ферментов из лизосом начинает необратимый процесс.
Нарушение дыхания и процессы клеточного окислительного фосфорилирования являются пусковым механизмом посмертного автолитического процесса. Когда молекулы, источники энергии, которые необходимы для поддержания целостности клетки и её способности к синтезу, заканчиваются, начинаются значительные изменения в биохимическом функционировании клеток. Этот процесс в итоге приводит к лизису внутриклеточных органелл, особенно лизосом, и высвобождению составляющих их ферментов в цитозоль, где их действие приводит к разрушению всех органелл клетки.
Автолитический процесс подготавливает почву для последующего массового превращения ранее (более или менее) твёрдой ткани в газообразные, жидкие и солевые продукты в ходе септического процесса гниения.
Использование процессов автолиза в медицине
Автолиз применяется во многих отраслях медицины и фармакологии, так как ферментативные процессы хорошо изучены и контролируются известными методами.
Например, автолиз используется как механизм удаления омертвевших тканей с целью ускорения заживления ран. Использование протоколов влажного лечения ран и влагоотдающих и/или влагоудерживающих повязок для создания и поддержания влажной среды заживления раны оптимизирует ферменты, необходимые для автолиза. Повязки для ран, создающие в ране влажную среду, способствуют автолитической санации (разрушению тканей, поврежденных во время ранения, и образованию струпа). Из-за селективного характера автолитической обработки раны этот метод провоцирует у пациентов меньший стресс, чем другие методы обработки раны, поскольку он практически не вызывает боль. Он также считается самым безопасным методом санации из-за его свойства удалять только омертвевшие ткани. Однако санация может занять больше времени, чем другие методы, требуя многократного наложения повязок, и может продлиться несколько недель в зависимости от степени некроза и отслоения. Изменение температуры и влажности раны ускоряют процесс автолиза. Поэтому раневые повязки, создающие влажную среду за счёт удерживания избытка раневой жидкости (например, альгинаты) или отвода жидкости, заключенной в повязке (например, гидрогели), или инновационные повязки, которые способны как удерживать, так и отдавать жидкость, ускоряют избирательный автолиз омертвевших тканей (Atkin L. Autolysis: mechanisms of action in the removal of devitalised tissue // L. Atkin, M. Rippon, BJN).
Использование процессов автолиза в биотехнологии
Схема автолиза клетки пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae). Фото: Дарья Климова.В биотехнологии автолиз используется для экстракции веществ из культивируемых клеток с помощью их разрушения. В дрожжах содержится множество протеиназ, которые играют важную регулирующую роль в живых клетках. Основные преимущества автолитического метода заключаются в том, что он не нуждается в сложном оборудовании и, хотя в целом длится несколько дольше, не требует вмешательства человека. Биомасса клеток подвергается тепловому шоку или воздействию химических соединений, таких как низкомолекулярные тиолы. Дальнейшая инкубация в течение примерно 24 ч индуцирует клеточные ферменты, что приводит к полному лизису мембран. После разрушения клеток белок экстрагируют водой или щелочью, остатки клеточной стенки удаляют центрифугированием, а белок дополнительно осаждают кислотой, солью или термической обработкой.
Использование процессов автолиза в пищевой промышленности
Автолиз использовался для приготовления пищи еще в бронзовом веке. На фреске в одной из гробниц в Фивах (гробница Фиванского некрополя, TT60), датированной 19 в. до н. э., изображен процесс подвешивания мяса до его приготовления. Подвешивание мяса использовалось древними египтянами и другими народами для сохранения его на длительное время, т. к. до изобретения холодильника было сложно хранить мясо в тёплом или влажном климате. Во время подвешивания ферменты в мясе автолизируют волокна мышц, делая его более мягким и нежным.
Автолиз молочнокислых бактерий очень важен при производстве кисломолочной продукции. Молочнокислые бактерии являются заквасками для производства йогурта и других молочных продуктов. Например, автолиз влияет на развитие вкуса сыра, высвобождая внутриклеточные ферменты, и контролирует рост клеток в йогуртах и пробиотических продуктах. В процессе производства сыра созревание играет решающую роль в определении вкуса и текстуры конечного продукта. Эта длительная процедура (от 3 недель до >2 лет) делает производство сыра дорогостоящим. Лизис бактерий на стадии созревания высвобождает цитоплазматические ферменты. Считается, что такие ферменты способствуют расщеплению пептидов, которые придают сыру горький вкус. При производстве йогуртов автолиз молочнокислых бактерий не только придает вкус, но и снижает количество живых клеток в конечном продукте.
При выдержке вина автолитическая активность винных дрожжей влияет на концентрацию аминокислот и пептидов в вине. Аргинин в количественном отношении является наиболее важной аминокислотой, утилизируемой сахаромицетами в винограде и, следовательно, в неферментированном соке. Эта аминокислота быстро потребляется дрожжами в начале брожения и впоследствии высвобождается обратно в вино во время автолитических циклов. 
Применение автолиза при производства вина на винокурне. Фото: Дарья Климова.Автолиз дрожжей приводит к высвобождению и других низкомолекулярных соединений и пептидов, которые придают вину дополнительный аромат или сладость. Это ключевой элемент традиционного метода изготовления игристых вин. Продукты автолиза клеточной стенки дрожжей, глюканы и маннопротеины влияют на качество пены конечного продукта и органолептические свойства. В свою очередь высвобождаемые после автолиза вещества: нуклеозиды, влияющие на послевкусие вина, аминокислоты, пептиды, протеины и липиды, которые влияют на запах, пенообразование, а также сладкий и горький вкусы. Естественный автолиз при производстве вина занимает много времени. Дрожжевой автолиз при производстве игристых вин начинается только через 2-4 месяца после завершения вторичного брожения. Основными факторами, которые могут влиять на процесс автолиза при виноделии, являются рН, температура, присутствие этанола и природа штамма дрожжей. Температура, pH и содержание этанола являются неизменной характеристикой для каждого сорта вина и не могут быть изменены без потерь важных качеств продукции. Например, оптимальная температура для автолиза в производстве шампанского составляет от 10 до 12 °C. Штамм дрожжей также влияет на количество азота, высвобождаемого в среду, что может быть потенциально полезным для производства игристых вин. Штаммы дрожжей с хорошей автолитической способностью производят игристое вино более высокого качества.
Автолиз используется не только в производстве, но и в переработке отходов пищевой промышленности. Так, автолиз считается экономически эффективным методом утилизации отходов рыболовного промысла, например, раковин моллюсков и панцирей креветок, по сравнению с дорогостоящей химической и ферментативной обработкой. Из отходов моллюсков после автолиза можно извлечь треонин, серин, валин, изолейцин, тирозин, гистидин и триптофан. Кроме того, полученный после автолиза каротинопротеиновый комплекс имеет минимальное химическое и биологическое загрязнения.