Человек много тысяч лет наблюдает за тем, как он сам и люди вокруг него рождаются, растут, стареют и умирают. Можно с уверенностью сказать, что за всю историю человечества эта схема развития событий не была нарушена ни разу: за зрелостью всегда следует старость, а за старостью – смерть. Но действительно ли необратимо старение? Новое открытие заставляет по-новому взглянуть на вопрос, ещё несколько лет назад казавшийся совершенно однозначным.
За миллиарды лет эволюции клеточные системы в совершенстве овладели механизмами самоконтроля, саморегуляции и регенерации.
Эти механизмы работают на всех уровнях. В мире молекул они представлены, например, целой армией белков, проверяющих и перепроверяющих ДНК на предмет повреждений и ошибок. Бок о бок с ними работают сотни «молекулярных сенсоров», выявляющих «бракованные» и пришедшие в негодность белки и помечая их для уничтожения. Эти и многие другие системы ежесекундно корректируют состояние клетки. Все выносимые ими решения многократно верифицируются, «подтверждаясь» или «отменяясь» в сложнейших и многоступенчатых каскадах взаимодействий, пронизывающих клетку.
На уровне тканей, органов и целых организмов механизмы контроля не менее сложны и разветвлены. Иммунная система сканирует поверхность клеток на предмет обнаружения следов чужеродных молекул, а также «вынюхивает» постоянно образующиеся раковые клетки и уничтожает их на месте. Органы держат друг друга в узде, связываясь между собой с помощью «электронной почты» нервов и «химической почты» гормонов.
Помимо координации и контроля, для «вечной молодости» молекул, клеток, тканей и организмов нужен ещё один элемент – регенерация. Это тоже, в сущности, рутинный процесс.ДНК обладает множеством механизмов «восстановления из резервной копии». Белки, РНК и другие «рабочие молекулы» – вообще расходные материалы, постоянно обновляющиеся в каждой клетке. Сами клетки во многих тканях постоянно обновляются, замещаясь новыми. Даже нервные клетки, которые исторически считались «невосстанавливаемыми», продолжают возникать даже во взрослом организме.
О том, что принципиально восстановить можно практически что угодно, свидетельствуют и эксперименты с индуцированными стволовыми клетками. Если взрослую клетку, имеющую срок жизни и ограниченное количество возможных делений, можно превратить в стволовую клетку, способную развиться в любую другую ткань и в принципе готовую делиться бесконечно – то о каких фундаментальных «сроках годности» может идти речь?
Дай дорогу молодым
Почему же тогда мы не живём вечно? Дело в том, что с точки зрения эволюции в вечной жизни нет ничего хорошего. Эволюция «работает» не с индивидуальными особями, а с популяциями. Если бы популяция на протяжении тысяч лет состояла из одних и тех же животных, никак не меняющихся всё это время, то рано или поздно они бы перестали быть хорошо приспособленными к окружающей среде.
Пожилым людям бывает трудно угнаться за техническими новинками и культурными веяниями, составляющими жизнь молодёжи. Так же и в делах живой природы «вечным» животным было бы трудно поддерживать свои умения на нужном уровне: например, добывать новую пищу или выживать в условиях меняющегося климата.
Половое размножение – главный механизм, который природа придумала для обеспечения постоянного разнообразия генов. С каждым его циклом гены тасуются, мутируют, видоизменяются. Каждая новая комбинация проверяется на прочность естественным отбором, открывая потрясающую приспосабливаемость к меняющейся среде.
Но любое размножение неминуемо вызывает проблему «нерезиновости» экологической ниши. Особенно остро вопрос ограниченности пригодного для жизни пространства стоит в наземных условиях, в которых эволюционировали и млекопитающие. Единственный выход из положения не отличается гуманностью, но таковая вообще не характерна для природы. Размножившиеся особи должны рано или поздно уступить место под солнцем молодым.
Эта необходимость на популяционном уровне и привела к возникновению такого феномена, как старение. Недавние исследования показывают, что разные группы животных стареют по-разному – и всё-таки в той или иной форме старение довольно универсально.
Главная болезнь человечества
Что такое старение? Это постепенное снижение базовых функций организма, приводящее в конечном итоге к смерти. Долгое время наука занималась только симптомами старения, такими, как, например, рак, мышечная атрофия или болезнь Альцгеймера. Мало у кого возникают сомнения в том, что эти состояния представляют собой именно болезни: учёные ищут их первопричину, разрабатывают лекарства, проводят клинические испытания – с довольно впечатляющими результатами.
Тем не менее идея о том, что и само старение можно отнести к заболеваниям – довольно новая. С одной стороны, очевидно, что старение повышает вероятность всех описанных патологий а, возможно, даже лежит в их основе. С другой стороны, до относительно недавнего времени термин «старение» вообще, строго говоря, не был научным: им просто объединяли весь спектр неприятностей, возникающих с возрастом.
Другими словами, в рассмотрении старения отдельно от других патологий раньше просто не было смысла: сказать «старение – причина рака» было всё равно, что сказать «авария – причина лобового столкновения». Однако за последние десятилетия стало понятно, что старение – не просто собирательный термин, а вполне конкретная последовательность событий, заложенных в нас генетически.
Как и «клеточное самоубийство», или апоптоз, вызываемый самой клеткой при возникновении неразрешимой проблемы, старение – это запрограммированный процесс. Детали этого процесса на уровне клеток и молекул пока слишком мало изучены, чтобы их можно было упрощать до формы, доступной любознательному неспециалисту.
Тем не менее уже сейчас можно с уверенностью утверждать, что существуют вполне конкретные молекулярные взаимодействия, в определённый момент активизирующиеся у всех млекопитающих.
Они и вызывают длительную и разветвлённую последовательность событий, в конечном итоге приводящую к смерти. Можно сказать, что старение – это самоубийство всего организма, осуществляемое независимо от его воли.
Такую «программу старения» можно отсрочить. В это трудно поверить, но за последние двести лет средняя продолжительность жизни увеличилась в два раза даже во многих отсталых странах. При этом продолжительность пожилого возраста более-менее неизменна. Таким образом, впечатляющее удлинение жизни достигается не «растягиванием» старения, а его отсрочкой.
Выходит, старение – это приговор? Время не повернуть назад, и однажды начавшись, старение никуда не денется – эта идея настолько глубоко заложена в наше представление о жизни и смерти, что крайне сложно представить себе иную ситуацию. Действительно, научная догма до недавнего времени однозначно гласила: старение необратимо. Сегодня эта догма впервые пошатнулась.
Телефонная линия молодости
Группа учёных из Гарвардского университета под руководством Дэвида Синклэйра проводила исследования, связанные с ролью митохондрий при старении. Эта тема сегодня – одна из наиболее популярных в области. Достоверно известно, что при старении активность митохондрий – главных клеточных «электростанций» – резко снижается.
На митохондриях сходятся две из наших главных потребностей: пища и воздух. С помощью кислорода митохондрии «выделяют» из питательных соединений химическую энергию, переводя её в нужную для клетки форму. Без митохондрий (или без кислорода) клетка может это делать, но несопоставимо менее эффективно.
Сами митохондрии удивительны тем, что эволюционно произошли из бактерий. Когда-то давно простейшие одноклеточные существа поглотили прогрессивную бактерию, и, наверное, переварили бы её без задней мысли. Но внезапно обнаружилось, что бактерии очень комфортно живётся внутри «большого друга». Последнему же такое сожительство оказалось тем более на руку: бактерия стала обеспечивать клетку невиданным количеством энергии – только успевай подавать кислород.
С тех пор прошли миллиарды лет, но митохондрии всё ещё сохранили признаки «бактериальности». Например, они обладают собственным геномом и часть своих функций обеспечивают независимо от остальной клетки. И всё-таки полной автономности у митохондрий уже давно нет, поэтому для их нормального существования необходима постоянная координация действий между «центром» (ядром, где располагается «главный» геном) и «ставкой» – маленьким, но очень независимым геномом самой митохондрии.
Именно эта связь между ядром и митохондриями нарушается при старении: они как будто перестают разговаривать друг с другом. В результате ядро не знает о потребностях митохондрии и не может должным образом обеспечить её нужным «оборудованием» – митохондриальными белками, закодированными в ядре. В итоге митохондрия не может нормально функционировать, что, в свою очередь, приводит к «цепной реакции» старения клетки.
До сих пор непонятно, является ли такое нарушение работы митохондрий причиной или всё-таки следствием старения. Одна из сложностей в этом вопросе – неоднозначность той самой связи между ядром и митохондрией. О том, как именно они общаются в норме, известно неплохо. Но никаких проблем с этим обычным «каналом общения» при старении не наблюдается.
Учёные из Гарвардского университета обнаружили принципиально новый механизм, с помощью которого осуществляется координация работы митохондрий и ядра. Именно этот механизм, как показывают их исследования, нарушается при старении.
Повернуть стрелки вспять?
Обнаружив эту новую внутриклеточную связь, исследователи, как настоящие сыщики, принялись распутывать её шаг за шагом. Установив роль в процессе нескольких промежуточных звеньев-белков, они, наконец, вышли на довольно неожиданную молекулу.
Ей оказался никотинамидаденин (НАД) – одно из базовых соединений, участвующих в клеточном энергообмене. Его содержание в клетке действительно снижается в процессе старения. Как установили гарвардские учёные, недостаток НАД нарушает работу открытого ими «канала связи» между митохондриями и ядром. Как и почему возникает недостаток НАД – пока не до конца понятно.
Что же такого особенного в НАД? Дело в том, что это молекула, которая хорошо известна и изучена вдоль и поперёк. Мы недурно представляем себе, откуда она берётся и где используется. Самое главное – мы знаем, как на это можно повлиять. Существуют препараты, которые могут повысить в клетке содержание НАД. Разумеется, первое, что сделали учёные, обнаружив роль НАД в старении – это дали один из таких препаратов старым мышам.
Результаты оказались ошеломляющими. В течение одной недели мыши возрастом в 22 месяца восстановили работу митохондрий. Но важнее другое: по ряду биохимических показателей их мышцы оказались на уровне молодых шестимесячных мышей! Это прямо противоречит уже упоминавшейся догме биологии старения. Если старых мышей действительно можно сделать молодыми – то значит, старение всё-таки обратимо?
Статья группы Синклэйра в Cell обрывается на этом самом интересном месте: создаётся впечатление, что скудные данные об «омоложении мышей» – это только намёк на то, что исследователи решили оставить на следующую статью.
Их можно понять: если их результаты – потенциально «нобелевские» – подтвердятся не только на мышцах, но и на других органах, то этически довольно спорный вопрос об эликсире молодости не просто замаячит на горизонте, а скорее проломит дверь самым бесцеремонным образом.
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
macroevolution в Неандерталка из Денисовой
