Что такое старость? Это общее одряхление нашего тела. С возрастом органы изнашиваются и разрушаются. Происходит это потому, что каждая клетка тела может делиться ограниченное число раз. Но раз уж мы знаем секрет старения, может быть, сможем разгадать и загадку бессмертия? На сегодняшний день существует несколько подходов к этой теме.

 

Глава 1. Ключ – в белке

Извечная мечта человечества – найти уж если не секрет бессмертия, то хотя бы способ продления жизни. В экспериментах на животных установлено: если все время их кормить малокалорийной пищей, они живут дольше. Правда, при этом у них ухудшаются некоторые функции организма, в первую очередь – способность к воспроизводству (с большой вероятностью это справедливо и для людей, к примеру, чересчур увлекающихся вегетарианством). Экспериментально получены карликовые мыши, живущие дольше обычных, но у них снижена функция размножения. Ученые не оставляют надежду найти ген долголетия, который продлевал бы жизнь без нежелательных побочных эффектов.

В какой-то степени это удалось итальянским и американским исследователям. Они получили мышей с точечной мутацией гена, который кодирует определенный белок. Эти мыши не отличались от контрольных ни массой тела, ни физическим развитием, ни способностью к воспроизводству, но продолжительность их жизни увеличивалась на треть.

Выяснилось, что открытый белок участвует в ответе организма на факторы, вызывающие окисление (перекись водорода, радиация, ультрафиолетовый свет). При этом начинают окисляться важные для жизнедеятельности вещества, такие как липиды клеточных мембран. Этот процесс сопровождает, как правило, большинство патологических состояний, например старение. Стрессовый ответ организма выражается в повреждении или запрограммированной гибели клеток (апоптозе).

Кое в чем могут помочь химические препараты антиоксиданты, но в данном случае решение более радикальное.

У полученных исследователями мышей-мутантов ген, кодирующий выявленный белок, не работает, а значит, окислительные процессы протекают по-другому. Мышки оказались более устойчивыми к действию факторов, вызывающих окислительный стресс, и превосходили контрольных мышей по продолжительности жизни: контрольные жили не более 28 месяцев, а мыши-мутанты – доживали до 37. При этом мутанты ничем не отличались от контрольных ни в поведении, ни при выполнении различных тестов. Последующий гистохимический анализ не выявил у них никаких отклонений и в строении органов.

В настоящее время идут дополнительные исследования данной темы, и – кто знает? – возможно в ближайшем будущем мы получим ключ к бессмертию.

 

Глава 2. Волшебный фермент

Ключом к клеточному бессмертию, «источником юности» считают теломеразу. Этот фермент позволяет клеткам быстро размножаться без старения. Стволовые клетки эмбрионов, например, обладают огромным запасом теломеразы, которая позволяет им непрерывно делиться, формируя ткани и органы. У взрослых организмов теломераза содержится в клетках, которые должны часто делиться, однако большинство соматических клеток ее не производят.

Теломераза – фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК к цепи ДНК на участках теломер. Как мы помним, теломеры – это концевые участки линейной молекулы ДНК, которые состоят из повторяющейся последовательности нуклеотидов. У человека и других позвоночных повторяющееся звено имеет формулу TTAGGG (буквы обозначают нуклеиновые основания). В отличие от других участков ДНК теломеры не кодируют белковые молекулы, в некотором роде это «бессмысленные» участки генома. В 1971 году российский ученый Алексей Матвеевич Оловников впервые предположил, что при каждом делении клеток эти концевые участки хромосом укорачиваются. То есть длина теломерных участков определяет «возраст» клетки – чем короче теломерный «хвост», тем она «старше».

В результате деятельности теломеразы длина тело мерных участков хромосом клетки увеличивается или сохраняется на постоянном уровне, позволяя клетке делиться неограниченно долго. Но что поддерживает фермент в состоянии постоянной активности? На этот вопрос ученые тоже нашли ответ. Оказывается, постоянное стимулирование активности теломеразы происходит за счет особого белкового компонента. Его так и назвали – каталитическим компонентом теломеразы. За выработку этого компонента отвечает определенный ген. Ученые выделили его и даже научились искусственно синтезировать.

Если синтезированный ген ввести в код ДНК, то клетка приобретает способность делиться бесконечно. В естественной среде теломераза производится в стволовых, половых и некоторых других типах клеток организма, которым необходимо постоянно делиться для функционирования их тканей (например – клетки эпителия кишечника).

Интересно, что обычные соматические клетки организма лишены теломеразной активности. Зато 85 % раковых опухолей производят теломеразу в неограниченных количествах, что и вызывает бесконтрольный рост опухоли. Поэтому считается, что активация теломеразы является одним из событий на пути клетки к злокачественному перерождению. Клетка становится больной, но – бессмертной.

Яркий пример бессмертия раковых клеток – это клетки HeLa, изначально полученные из опухоли шейки матки Генриетты Лекс (Henrietta Lacks, отсюда название культуры HeLa) в 1951 г. Эта культура по сей день используется в лабораторных исследованиях. Клетки HeLa в самом деле бессмертны: по оценкам, ежедневно производится несколько тонн этих клеток, причем все они являются потомками нескольких клеток, извлеченных из опухоли Г. Лекс.

Перед нами видимый парадокс: с одной стороны, деятельность теломеразы – путь к бессмертию, с другой – причина одной из самых страшных болезней человечества. Как мы можем использовать это знание?

Ученые распорядились им просто: они выявили, что сам по себе фермент не провоцирует образование опухоли. Он лишь поддерживает ее в жизнеспособном состоянии. А спусковым механизмом болезни являются другие факторы (мы рассмотрели их в предыдущих главах), Поэтому теломераза была реабилитирована в ученой среде.

На этот фермент до сих пор возлагают главные надежды в деле изобретения эликсира бессмертия. Создан искусственный препарат, активирующий теломеразу. Он получен из китайского растения астрагалус. Американский ученый Майкл Фоссел в одном из интервью предположил, что лечение теломеразой может использоваться не только для борьбы с раком, но даже для борьбы со старением человеческого организма и, таким образом, для увеличения продолжительности жизни. Он считает, что уже в ближайшем десятилетии будут проведены первые испытания теломеразных методов увеличения продолжительности жизни человека. Это весьма обнадеживает, так как примерно в это же время произойдет массовый уход на пенсию людей поколения беби-бума в США и Западной Европе.

Практически к тому же выводу пришли ученые, изучавшие стволовые клетки. Американские эксперты Национального института старения определили ключевой процесс клеточного обновления эмбриональных стволовых клеток в гене Zscan4. Этот прорыв может оказать серьезное влияние на научные исследования старения организма, биологии стволовых клеток и рака и восстановительной медицины.

Стволовые клетки являются уникальными, поскольку наряду с возможностью развиваться в практически любом типе клеток в организме они могут производить бесконечное поколение новых, в полном объеме рабочих стволовых клеток. Стволовые клетки в основном бессмертные, а это означает, что они могут делиться бесконечно и вырабатывать дополнительные функциональные дочерние клетки.

Другие клетки не обладают такими способностями, потому что теломеры, защитные окончания хромосомы, которая несет генетическую информацию клетки, каждый раз при делении клетки сокращаются. Когда теломеры становятся слишком короткими, они уже не способны защитить клетки, объясняют исследователи.

До сих пор механизм бессмертия стволовых клеток оставался тайной. Большинство ученых склоняются к мнению, что стволовые клетки способны на «самообновление», то есть при делении они также производят дочерние клетки. Специалисты считают, что этот процесс уместнее назвать клеточным «омоложением». По их словам, как и в других клетках, когда стволовые клетки дублируются, дочерние клетки не идентичны «родительским». Согласно полученным результатам лабораторных тестирований на мышах, стволовые клетки имеют уникальный ген Zscan4, который при активации омолаживает клетки и восстанавливает их исходную силу. Это омоложение затрагивает удлинение теломер посредством рекомбинации, когда короткие теломеры в сочетании с более длинными самостоятельно удлиняются. Затем идентифицированный ген выключается. Открытие показало, что ген не включается каждый раз, когда клетка воспроизводится, – примерно 5 % клеток становятся работоспособными при его активности в любой одной точке.

 

Глава 3. В борьбу за бессмертие вступают лимфоциты

Специалисты из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана отыскали «рецептор бессмертия» на клетках иммунной системы – В-лимфоцитах. Его стимуляция позволила клетке без потерь пройти через 370 циклов деления. Полное время наблюдений за делящейся клеткой на момент публикации статьи немецких ученых составило 1650 дней!

Напомним, что в нашем организме В-лимфоциты выполняют две функции. Во-первых, они поглощают чужеродные белки и выставляют их на своей поверхности, чтобы другие клетки системы не забывали, с кем надо бороться; такие В-лимфоциты называют клетками памяти. Во-вторых, В-лимфоциты могут превращаться в плазматические клетки и, собственно, производить антитела к тому или иному антигену.

Работать в одиночку в иммунной системе В-лимфоциты не могут. Для выполнения своих функций они взаимодействуют с остальными клетками с помощью многочисленных рецепторов, расположенных на поверхности. Одним из таких рецепторов является CD40, необходимый для активации клеток при контакте Т– и В-лимфоцитов. Именно при воздействии на этот рецептор В-лимфоциты превращаются либо в клетку памяти, либо в плазматическую клетку. При таких превращениях работа клетки существенно меняется, что требует соответствующей перестройки генома.

Именно CD40 помог «обессмертить» клетку. Ученые сымитировали взаимодействие В– и Т-лимфоцитов, воздействуя на этот рецептор. В-лимфоцит, который такое воздействие обычно чувствует перед перерождением в клетку другого типа, ответил повышением активности теломеразы. А этот фермент уже не только восстановил «укоротившиеся» ДНК, но даже создал небольшой запас «на будущее».

Кстати говоря, клетки большинства из нас и так «бессмертны».

Дело в том, что еще в детстве большинство из нас оказываются заражены вирусом Эпштейна-Барр. Он также способен запустить работу теломеразы, позволяя клетке перешагнуть через барьер Хейфлика. Но такая «бессмертность» не считается, ведь, во-первых, вирус встраивается не во все клетки нашего тела, а во-вторых, даже в них он активирует теломеразу не в 100 % случаев; кроме того, здесь, без всяких сомнений, имеет место вмешательство в геном.

Обычно заражение протекает без каких-либо внешних проявлений, и среди взрослого населения планеты зараженных около 95 %. По словам исследователей, самым сложным в работе было как раз найти доноров, не зараженных этим вирусом.

Сейчас работы по изучению теломеразы непрерывно ведутся в двух областях медицины – геронтологии и онкологии. В первом случае усилия исследователей направлены на стимуляцию работы фермента, дабы продлить способность организма к регенерации. Во втором ученые, напротив, пытаются добиться остановки процесса деления бесконтрольно размножающихся раковых клеток. Пока добиться значимых успехов на этом направлении не удалось: все предложенные за тридцать лет исследований методы лечения опухолей воздействием на работу теломеразы оказывались малоэффективными.

 

Глава 4. Нанотехнологии в помощь

Теоретически нанотехнологии способны обеспечить человеку физическое бессмертие за счет того, что наномедицина сможет бесконечно регенерировать отмирающие клетки. По прогнозам журнала Scientific American, уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства размером с почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать, и впрыснет их в кровь.

В наиболее общей постановке проблема применения нанотехнологий в медицине заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, т. е. осуществлять «молекулярную хирургию». Она может состоять из таких операций, как узнавание определенных фрагментов молекул и клеток, разрыв или соединение частей молекул, добавление или удаление молекулярных фрагментов, полная разборка и сборка молекул и клеточных структур по определенной программе. Хотя подобные операции и осуществляются обычными, естественными молекулами белка, но набор их функций недостаточен для обеспечения бессмертия клетки и всего организма. Задача, таким образом, состоит в придании клетке этих недостающих функций, в «разумном» управлении ее работой.

Устройства для молекулярной хирургии обычно называют молекулярными роботами (MP). MP могут изготовляться на основе биологических макромолекул (в основном белков). Такой подход называют молекулярной нанотехнологией. В этом случае принципы их работы известны, они аналогичны принципами работы белковых молекул. Это – изменения молекулярной структуры, результатом которых является изменение химических связей в молекуле (что является основой каталитической активности белков).

Это может выглядеть примерно так: синтезируется ген, кодирующий структуру MP; этот ген внедряется в бактерии, которые размножаются и синтезируют MP в необходимом количестве; далее (при необходимости) они модифицируются химическим способом. Проблема здесь состоит в проектировании MP. Основный элемент такого проектирования – моделирование молекул. Хотя его алгоритмы известны, но большой размер молекул делает расчеты очень трудоемкими. Сейчас подобные расчеты возможны только для анализа небольших модификаций в существующих молекулах. С учетом необходимости разработки конкретных типов MP и проведения дополнительных биологических исследований можно ожидать, что описанные ниже возможности будут доступны во второй четверти XXI века.

Другой подход к созданию молекулярных роботов заключается в изготовлении их из кристаллических материалов на основе углерода, кремния или металлов. Его реализация связана с прогрессом в уменьшении существующих твердотельных технологий (травление, напыление, выращивание кристаллов). Принципы их работы будут состоять в механическом воздействии на клеточные структуры или в создании локальных электромагнитных полей для детекции и инициирования химических изменений в биологических молекулах. Прогнозы здесь делать труднее, так как ключевые технологические процессы, необходимые для достижения наноразмеров, еще находятся на ранних этапах разработки.

Для медицинских применений перспективным может оказаться и гибридная технология для изготовления молекулярных роботов. Например, детекторы и манипуляторы изготовляются из органических молекул, а управляющее устройство может быть твердотельным, на основе кремния.

Важной проблемой во внедрении молекулярных роботов является их взаимодействие с управляющим суперкомпьютером. Здесь перспективным представляется использование магнитного поля, поскольку биологические ткани прозрачны для него. Магнитное поле может изменять структуру робота, заряжая его энергией и сообщая информацию, а для сообщения информации управляющему компьютеру молекулярный робот может сам изменять свою структуру, что будет зарегистрировано датчиками, расположенными вне тела человека. Аналогом такого подхода является томография на основе ядерного магнитного резонанса – метод, который сейчас широко используется для получения трехмерных изображений внутренних органов в реальном времени.

Впрочем, пока все это – дело довольно отдаленного будущего.

 

Глава 5. Альтернатива бессмертию – крионика

Крионика – это развивающаяся наука, которая интегрирует в себе криобиологию, криогенную инженерию и практику клинической медицины и применяет их для консервации людей путем их замораживания до ультранизких (криогенных) температур с целью переноса терминальных (обреченных на смерть от старости, болезни или несчастного случая) пациентов в тот момент в будущем, когда будет доступна технология для репарации клеток и тканей и будет возможно восстановление всех функций организма и здоровья в целом, когда можно будет вылечить все сегодняшние болезни, включая старение.

Хотя крионика применяется в Америке с конца 60-х годов, она еще не стала общепринятой процедурой (на сегодняшний день заморожено около 100 человек). Тому есть несколько причин. Одна из них – финансовый крах ведущих крионических организаций в конце 70-х годов, приведший к разморозке пациентов и, как следствие, к недоверию к надежности хранения (сейчас стратегия финансирования, приведшая к этому, заменена на более надежную). Другая – глубоко укоренившаяся в общественном сознании установка, что смерть неизбежна (обычно эта установка выражается в обильной религиозной и социологической аргументации о «полезности» смерти, в психологическом желании «быть таким, как все» – т. е. таким же мертвым). Третья – то, что многие люди по-настоящему не хотят жить долго, хотя они и декларируют это, но когда от них требуется предпринять какие-либо серьезные усилия для продления жизни (и заплатить достаточно большие деньги – от 30 тысяч долларов), большинство из них предпочитает спокойно умереть. Четвертая – то, что существуют лишь теоретические обоснования работоспособности крионики. Этого достаточно для убеждения людей, обладающих необходимой научной подготовкой и имеющих сильные мотивы, чтобы потратить усилия для анализа этих обоснований, но таких людей очень и очень немного. Для убеждения же большинства нужны экспериментальные результаты, которые можно будет получить после реализации возможностей нанотехнологии. (Стоит заметить, что ведущие американские специалисты в области нанотехнологии являются сторонниками крионики, а некоторые из них имеют и контракт на замораживание.)

В крионике существуют две основные проблемы, которые могут быть решены с помощью современной науки.

Первая – по существующим законам замораживать пациентов можно только после получения свидетельства о смерти, т. е. когда врачи будут убеждены, что современная технология реанимации уже не может их спасти (это не означает, что будущая медицинская технология, усиленная молекулярными роботами, не окажется в состоянии это сделать). Обычно на это уходит от нескольких десятков минут до нескольких часов. За это время организм получает достаточно серьезные повреждения на клеточном уровне из-за прекращения поступления кислорода. Однако теоретические оценки и ряд экспериментальных данных свидетельствуют о том, что структуры головного мозга, обеспечивающие долговременную память (а значит, целостность сознания и личности человека, его память о прошлом), за это время не успевают разрушиться. Это означает, что с точки зрения теории информации (а в медицине будущего лишь это будет настоящим критерием смерти) человек еще жив.

Другая проблема – современные технологии замораживания позволяют осуществить полный цикл замораживания-размораживания только для биологических объектов небольших размеров (несколько миллиметров). В более больших объектах как из-за неравномерного насыщения антифризом (без этого безопасное замораживание вообще невозможно), так и из-за возникающих температурных градиентов возникают многочисленные повреждения на клеточном (разрыв стенок клеток) и на тканевом (микротрещины) уровнях. Что делает простое размораживание, без предварительного исправления повреждений, невозможным.

Эти-то повреждения, а также последствия частичного разрушения клетки из-за кислородного голодания во время клинической смерти, и призваны ликвидировать молекулярные роботы (по предварительным расчетам, понадобится порядка миллиона миллиардов молекулярных роботов, их общий вес составит около полукилограмма, а время репарации-размораживания-реанимации-лечения-омоложения займет несколько месяцев). Операции MP будут примерно такими же, как и в случае антистарения. В частности, это будет означать, что после опосредованного MP размораживания и реанимации будет излечена и болезнь, явившаяся причиной смерти (например, рак или СПИД – ряд таких больных уже заморожен), затем оживший человек будет омоложен (самый старый человек был заморожен в 99 лет), более того, человек, погибший в результате несчастного случая или убитый, также может быть оживлен (так лежит замороженным адвокат, убитый недовольным его работой клиентом).

Как видим, бессмертие из области мифов и легенд становится предметом изучения науки. И хотя до реальных результатов еще далеко, последние открытия позволяют надеяться, что рано или поздно эликсир бессмертия будет найден. Правда, это вряд ли разрешит философские и нравственные проблемы человечества. Но это – тема для другой книги.