1.1.1. Что такое старение

Проблема старения издревле занимала умы людей. Кому нравится, что чем старше, тем немощнее становится наше тело. Попытки выяснить причины этого явления и, самое главное, затормозить процесс старения организма предпринимались с незапамятных времен. Не все знают, что знаменитый «философский камень», превращая железо в золото, должен был не только обогащать человека, но и обеспечивать ему вечную молодость.

На данный момент существует несколько сотен более-менее серьезных, то есть имеющих какое-то научное обоснование, теорий старения. Они делятся на две неравные группы. Большинство геронтологов — ученых, занимающихся старением, придерживается точки зрения, что старение является результатом накопления случайных повреждений и ошибок, неизбежных при функционировании сложной системы. В конце концов дефектов становится слишком много, и организм, окончательно состарившись, умирает. То есть живые существа стареют примерно так же, как автомобили. Очень грустная точка зрения. Потому что с накоплением случайных поломок на самом деле ничего сделать нельзя: на то они и случайные.

Есть более оптимистичный подход к проблеме старения. Геронтологи, к числу которых относится наша команда, считают, что стареем мы не просто так. Старение специально придумано природой и имеет глубокий биологический смысл, имеющий принципиальное значение для эволюции новых существ. Старение, а значит и смерть от старости, — это последние этапы нашего индивидуального развития. Они, так же как и все предыдущие этапы нашего созревания и развития, запрограммированы в генах. Все биологи знают, что в этих самых генах записано, как мы должны расти в утробе матери из одной-единственной малюсенькой клетки, развиваться после рождения, проходить половое созревание и превращаться во взрослого человека. И вдруг почему-то утверждается, что на этом запрограммированность развития неожиданно кончается. И все остальное природа будто бы пускает на самотек. Вся наша жизнь жесточайшим образом контролируется различными генетическими программами, но классические геронтологи считают, что такие важнейшие аспекты жизни, как старение и смерть, отданы на откуп случайности. Ну уж нет. В такую безалаберность природы мы поверить не можем! В наших генах должна быть закодирована какая-то специальная программа, которая запускается в довольно молодом возрасте и заставляет нас стареть. Запуск этой программы вызывает постепенное ослабление функционирования всех систем организма, тем самым медленно и печально сводя нас в могилу.

При всей ужасности нарисованной нами картины на самом деле — это оптимистичный взгляд на старение. Потому что если для него существует специальная программа, то ее можно… сломать или, как говорят компьютерщики, «хакнуть». Биология еще слишком молодая наука, чтобы с легкостью создавать какие-то новые системы. Но ломать — не строить. Это мы уже худо-бедно умеем. А к чему приведет поломка или даже небольшая порча программы старения? К тому, что старение будет происходить медленнее. Не этого ли мы все и хотим?

ВМЕШАТЕЛЬСТВО В ПРОГРАММУ СТАРЕНИЯ, ЗАКОДИРОВАННУЮ В ГЕНАХ, ПРИВЕДЕТ К ЕЕ ПОРЧЕ И В ИТОГЕ К ТОМУ, ЧТО СТАРЕНИЕ БУДЕТ ПРОИСХОДИТЬ МЕДЛЕННЕЕ ИЛИ ВООБЩЕ ОСТАНОВИТСЯ.

Но позвольте, получается, что где-то внутри нас живут гены смерти? Враги, специально внедренные к нам с целью обеспечить, в общем-то наше биологическое самоубийство, причем весьма изощренным, мучительным, растянутым во времени способом — старостью? Посмотрим внимательней.

1.1.2. Гены самоубийства

Скажем сразу — гены смерти человека как индивида пока еще не найдены. Но мы должны рассказать вам о важнейшем открытии конца XX века — обнаружении генов смерти человеческих клеток. И не только человеческих.

Как вы знаете, все наше тело состоит из клеток. Они размножаются путем роста и деления пополам. Когда-то каждый из нас состоял всего из одной клетки — зиготы, получившейся в результате слияния яйцеклетки матери со сперматозоидом отца. С тех пор эта первая клетка много раз делилась, образовывала новые клетки, которые тоже делились, специализировались, превращаясь кто в нейроны, кто в клетки крови, кто в мышечные клетки. Внутри нашего тела все эти мириады клеток живут, дышат, растут, общаются друг с другом, аккуратно и согласованно выполняют свои функции. И умирают.

Очень долго биологи не задумывались О ТОМ, КАК, СОБСТВЕННО, КЛЕТКИ ЭТО ДЕЛАЮТ — умирают. Наверно, в игнорировании ЭТОГО ВОПРОСА БЫЛО ЧТО-ТО ПСИХОЛОГИЧЕСКОЕ, СВЯЗАННОЕ С САКРАЛЬНОСТЬЮ СМЕРТИ И СТРАХОМ ПЕРЕД НЕЙ. У НОРМАЛЬНЫХ ЛЮДЕЙ НЕ ПРИНЯТО СЛИШКОМ ДОЛГО РАЗМЫШЛЯТЬ О НЕИЗБЕЖНОМ КОНЦЕ.

Вот все и думали, что клетки живут себе, живут, а потом бац — и умирают. Ну как вообще все живые существа. Правда, немного смущало, что разные клетки живут разное время. Некоторые — считаные дни, а некоторые — годы, или вообще сохраняются на протяжении всей жизни человека.

Однако в конце концов внимание биологов привлекла и эта мрачная сторона жизни клеток. И оказалось, что в подавляющем большинстве случаев клетки умирают не просто так. В них заложена смертоносная программа, запускающаяся в строго определенные моменты, при помощи строго определенных веществ и заканчивающаяся гибелью самой клетки. Это — программа биохимического клеточного самоубийства, названного биологами апоптозом. Причем реализация этой программы требует затрат энергии. Если клетку лишить ее источников, то она не умрет так быстро, как собиралась. Работу программы до определенного момента можно остановить и спасти «несчастную клетку». С помощью методов современной генной инженерии удается сделать клетку, которая вообще не способна к самоуничтожению. Для этого приходится выключить у нее определенные гены. То есть как бы «хакнуть» программу смерти.

Сама программа клеточного самоубийства уже неплохо изучена, об особенностях этого биологического механизма написаны тысячи научных статей. Оказалось, что этот элегантный и очень надежный каскад реакций в конце концов приводит к тому, что клетка аккуратно разбирает себя на «запчасти», используемые далее ее соседями в качестве строительного материала.

УДИВИТЕЛЬНО, НО ПРАКТИЧЕСКИ ВСЕ КЛЕТКИ ОРГАНИЗМА ОКАЗАЛИСЬ УЖАСНЫМИ МЕЛАНХОЛИКАМИ, ВСЕГДА ГОТОВЫМИ САМОУБИТЬСЯ. ЧТОБЫ ПРОДОЛЖАТЬ ЖИТЬ, ОНИ ДОЛЖНЫ НЕПРЕРЫВНО ПОЛУЧАТЬ ИЗВНЕ СИГНАЛ: «ЖИВИ ДАЛЬШЕ!»

Оказалось, что в любой ткани есть особые внеклеточные белки, специфичные именно для этой ткани и отсутствующие в других тканях. Белки эти получили название ростовых факторов. Есть факторы роста мышц, печени, почек и т. д. В отсутствие этих факторов клетки нельзя культивировать вне организма: они быстро самоуничтожаются с помощью процесса, названного апоптозом. Успешно культивировать клетки животных научились тогда, когда стали добавлять соответствующий фактор роста в среду культивирования. А в нашем теле апоптоз оказывается для органа гарантом того, что в нем не поселятся клетки из другого органа. Попав в почку, клетка печени не найдет в ней фактора роста печеночных клеток и покончит с собой, поскольку окажется без фактора роста почек. Здесь некому будет послать ей сигнал «Живи дальше!».

Итак, в геноме любой клетки многоклеточного организма закодирован механизм ее самоубийства. Эта программа включается в ситуациях, когда клетка становится ненужной или даже вредной для организма. И эта программа совершенно необходима для правильного развития и здоровой жизни, а также для предотвращения «бунта» отдельных клеток, которые вместо честного выполнения своей работы на благо организма «сходят с ума» и начинают бесконтрольно делиться и разрастаться. Если это не предотвратить в самом начале, итогом такого клеточного бунта может стать известное всем страшное заболевание — рак.

1.1.3. Любовь и смерть у самых мелких

По большому счету, существование программы смерти отдельной клетки ничего не доказывает, кроме того, что природа вообще умеет программировать живые объекты на смерть. Действительно, все наши клетки живут в составе многоклеточного организма, и, как было сказано выше, гибель отдельных кпе-ток может быть очень даже полезна этому организму. Например, если эта клетка — раковая. Или если это клетка хвоста головастика, которому пришла пора превратиться в лягушку. Никогда не задумывались, куда девается хвост в этом случае? Все очень просто: его клетки получают сигнал самоубийства — команду на апоптоз, и аккуратно самоликвидируются. Если бы не апоптоз, то у нас с вами, дорогой читатель, были бы, например, перепонки между пальцами, как у человека-амфибии!

В ОПРЕДЕЛЕННЫЙ МОМЕНТ ВНУТРИУТРОБНОГО РАЗВИТИЯ У ЧЕЛОВЕКА ДО РОЖДЕНИЯ МЕЖДУ ПАЛЬЦАМИ ПОЯВЛЯЮТСЯ ПЕРЕПОНКИ, КОТОРЫЕ ЗАТЕМ «РАССАСЫВАЮТСЯ» БЛАГОДАРЯ АПОПТОЗУ — САМОУБИЙСТВУ КЛЕТОК ПЕРЕПОНОК.

Но вот в чем загвоздка — существуют организмы, состоящие всего из одной клетки. Это бактерии, простейшие животные вроде амеб и давние друзья человека — одноклеточные грибы дрожжи. Если у этих тварей существует апоптоз, то это значит, что у них есть программа самоубийства всего организма.

Программа самоубийства действительно была обнаружена у дрожжей, причем совсем недавно — в самом начале XXI века. Главную роль в этом открытии сыграли российские биологи из МГУ, чем мы очень гордимся! Оказалось, что внешним сигналом, запускающим программу смерти, может быть феромон — вещество, выделяемое особями другого пола с целью привлечения партнера. Душераздирающие подробности полового размножения дрожжей можно узнать в главе 1.3 части II, предназначенной для углубленного чтения. Здесь же сформулируем главную мысль. Совершенно естественное вещество, запускающее половое размножение грибов, убивает дрожжевую клетку, если что-то идет не так в этом процессе. Причем делает это не потому, что оно само ядовито — его и образуются-то совсем ничтожные количества. Нет, дрожжи умирают потому, что феромон связывается с белком-рецептором на поверхности дрожжевой клетки и тем самым запускает сложнейший каскад «самораскручивающихся» реакций, в конце концов приводящих к смерти этого одноклеточного организма.

ЭТО СОВЕРШЕННО УДИВИТЕЛЬНО, НО ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ И СМЕРТЬ, КАК ПРАВИЛО, ИДУТ РУКА ОБ РУКУ ПРАКТИЧЕСКИ У ВСЕХ ВИДОВ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ. И В ЭТОМ ЕСТЬ ГЛУБОКИЙ БИОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ.

Помимо дрожжей, существует огромный мир микроорганизмов, также одноклеточных, но устроенных еще проще. Это так называемые прокариоты — эубактерии и архебактерии. У них также обнаружены механизмы самоликвидации, работающие иначе, чем в клетках человеческого организма или у дрожжей.

Например, у эубактерий существуют системы типа «долгоживущий токсин — короткоживущий антитоксин», когда клетка медленно синтезирует белок, потенциально способный ее убить. Такого убийства не происходит «в тучные годы», пока аминокислоты — вещества, необходимые для синтеза белков, находятся вокруг в достаточном количестве: клетка успевает быстро синтезировать белок-противоядие — антитоксин, который связывается с токсином и нейтрализует его. Токсины не только медленно синтезируются, но также медленно и распадаются. А вот антитоксин распадается быстро. В результате «в тощие годы», когда аминокислот начинает не хватать для синтеза новых белков, антитоксин распадается и исчезает, в то время как количество токсина уменьшается лишь незначительно. Итог печален: токсин, освобождаясь из комплекса с антитоксином, активируется и убивает бактерию.

Бактерии гибнут, их становится меньше, а стало быть, снижается и потребление ими аминокислот. В конце концов количество аминокислот в немногих бактериях, оставшихся в живых, поднимается до уровня, достаточного для синтеза белков, и выжившие бактерии-счастливчики начинают снова синтезировать антитоксин, связывающий избыток токсина. Таким образом, популяция бактерий на своем, микроскопическом уровне решает проблему перенаселения Земли.

Итак, программы гибели, открытые первоначально в клетках многоклеточных существ, есть и у одноклеточных организмов. Поскольку в случае одноклеточного понятия «клетка» и «организм» совпадают, можно утверждать, что запрограммированная смерть организма записана в геноме по меньшей мере у этого типа живых существ.

Но, может быть, старение запрограммировано только у некоторых одноклеточных, продолжительность жизни которых измеряется днями, а у человека и всех прочих ныне живущих многоклеточных такая программа утрачена и они стареют и умирают как-то иначе? Давайте рассмотрим этот вопрос.

1.2.1. Что такое

феноптоз

?

В этой главе приведены факты, наводящие на мысль, что умирать по программе могут не только одноклеточные, но и многоклеточные организмы. Для удобства изложения нам понадобится новый термин, обозначающий запрограммированную смерть организма. По аналогии с апоптозом клеток мы назвали самоубийство организма феноптозом. Заметим, что, например, для наших любимых пивных дрожжей феноптоз и апоптоз — это одно и то же, поскольку у них весь организм состоит всего из одной клетки.

Где нам искать примеры феноптоза? Первый выбор достаточно очевиден, если задуматься, зачем это явление может понадобиться в природе. Речь пойдет об однократно размножающихся существах.

Для многих видов живых организмов слова «любовь» и «смерть» в действительности означают два следующих друг за другом события. И родители либо вообще никогда не видят своих детей, либо немного подращивают их, а потом освобождают место молодым. Это жестоко, но целесообразно с точки зрения выживания популяции. Так быстрее сменяются поколения, что позволяет перебрать больше вариантов, увеличив разнообразие потомства, т. е. быстрее приспосабливаться к меняющимся условиям среды.

НЕ ВСЕМ ЖИВОТНЫМ И РАСТЕНИЯМ ПОВЕЗЛО КАК ЧЕЛОВЕКУ ИЛИ, СКАЖЕМ, СОСНЕ. НАМ, КАК И ЭТИМ ВЕЛИЧЕСТВЕННЫМ ДЕРЕВЬЯМ, РАЗРЕШЕНО ИМЕТЬ ПОТОМСТВО МНОГО РАЗ.

Как рождается новое поколение существ — более-менее понятно. Но задумаемся, а куда девается поколение предыдущее у таких однократно размножающихся видов? Мы считаем, что ответом на этот вопрос является феноптоз.

1.2.2. Жить в 9 раз дольше — это реально

Есть такая однолетняя травка — резушка, или по-латыни Arabidopsis thaliana. Это один из любимых объектов исследования для генетиков — такой же, как пивные дрожжи, плодовая мушка дрозофила и белая мышь. На лабораторном жаргоне ее зовут просто арабидопсис. Трава эта размножается всего один раз и умирает после того, как на ней образуются семена, спрятанные в мелкие стручки. Полный цикл от прорастания семени до цветения взрослого растения занимает всего несколько недель. Во многом за это арабидопсис так любим биологами — всю жизнь растения можно пронаблюдать за время одного чемпионата мира по футболу. Такая скорость развития арабидопсиса диктуется особенностями его жизни в диких условиях. Многие молекулярные биологи считают, что это растение специально создано природой. Другие уверены, что кто-то там, наверху, отвечает за создание видов для лабораторных исследований. Арабидопсис растет в местах «ранения» почвы, а точнее дерна.

Представьте себе основательно заросший летний луг. Плотно стоящие один к другому стебли, жуткое переплетение корней, образующих дерн. В общем — жесточайшая борьба за свет, воду, соли из почвы. Поди потягайся с такими монстрами, как пырей, борщевик или даже мятлик. Но вот по полю промчался лось. И его копыта выворотили из земли кусок дерна, обнажив свежую землю. Вот оно! Незанятое место! Кто выиграет схватку за возникший кусок жизненного пространства? Мощный пырей? Высокая ежа? Выиграет самый быстрый, а не самый сильный. За месяц, в течение которого другие травы только прорастут, арабидопсис успеет полностью вырасти, зацвести и дать миллионы мелких, размером с пылинку семян. Причем, пока остальные пыжатся, пытаясь вытянуть к свету огромный стебель, хитрый маленький арабидопсис может даже повторить раунд размножения еще раз, а то и не один. То есть когда-нибудь старые растения дадут семена и умрут, но прежде чем кусочек обнажившейся земли зарастет травами-монстрами, успеет взойти и зацвести еще одно поколение арабидопсиса. Изящно, не правда ли? Но для этого надо быстро расти и быстро умирать, чтобы пройти этот цикл несколько раз. Это значит, что у арабидопсиса должна быть программа феноптоза, включающаяся после цветения или созревания семян. И совсем недавно она была обнаружена. Как часто бывает — случайно.

Рис. 1. Внешний вид обычного арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) и его мутанта по двум генам, связанным с формированием цветка. В течение многих месяцев он не образует полноценных цветов, а следовательно, и семян. Из мелкой травы, живущей несколько недель, растение становится многолетним кустарником с древовидным стволом и мясистыми листьями, а — обычное взрослое растение арабидопсиса (слева) возрастом около 2 мес. (близок к предельному для этого вида), и восьмимесячное растение-мутант (справа); б — листья арабидопсиса-мутанта в четырнадцать месяцев (фото из работы С. Мельцера и соавт. сайта

Группа бельгийских ученых изучала процесс цветения арабидопсиса и создала генетическую модификацию этого растения, убрав у него 2 гена из 22 000. Надо заметить, что это основной способ изучения живых существ биологами — испортить что-нибудь, а потом смотреть, к чему это приведет.

Так вот, выключение, или по-научному — нокаутирование, этих двух генов поначалу ни к чему интересному не привело. Растения-мутанты росли так же, как и обычные арабидопсисы, пока не пришло время цвести. Они (мутанты) попытались это сделать, но получилось как-то не особенно хорошо. Цветы и появившиеся затем стручки были мелкие и немногочисленные… и вот тут начались чудеса. Обычные растения арабидопсиса в соседнем горшке уже умерли от старости (прошли отведенные им природой недели жизни), а мутанты продолжали жить. И расти. У них утолщался ствол, появлялись новые розетки листьев, хотя у нормального арабидопсиса розетка может быть только одна, на уровне почвы. Сами листья превратились из мелких, похожих на травинки перышек, в крупные, мясистые (см. рис. 1). Через месяц-другой ствол начал деревенеть, а весь этот монстр — расползаться по почве, укореняться новыми корневищами. Стареть он уж точно не собирался. Статья наших коллег из Бельгии была опубликована, когда возраст этого куста, или даже небольшого деревца, в девять раз превысил нормальный срок жизни мелкой травки арабидопсиса.

Не стоит думать, что запрограммированная смерть — это удел только «однолетников». Наиболее яркие примеры мы можем найти как раз среди многолетних растений, которые многие годы размножаются вегетативно, но в какой-то момент решают переключиться на половое размножение. Как правило, это приводит их к смерти. То есть после цветения и созревания семян растения-родители погибают.

Так, например, ряд видов бамбука имеет фиксированную продолжительность жизни, определяемую сроком цветения. Этот срок свой у каждого вида и варьирует он от 6 лет (зацветает на шестой год жизни) до 120 лет (зацветает на сто двадцатый год). Бамбук растет настолько густо, что между двумя отдельными стволами в принципе не может поместиться третий. Если бы родительские растения не отмирали, то у новых проростков не было бы никаких шансов добраться до света и питательной почвы. Поэтому цветение означает смертный приговор для предыдущего поколения этого растения.

ВЫКЛЮЧЕНИЕ 2 ГЕНОВ ИЗ 22 000 ГЕНОВ, СОСТАВЛЯЮЩИХ ГЕНОМ РЕЗУШКИ, ПРИВЕЛО К ТОМУ, ЧТО ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ жизни ЭТОГО РАСТЕНИЯ УВЕЛИЧИЛАСЬ В 9 РАЗ.

Напомним, что любознательные бельгийцы не создавали никаких новых систем, чтобы получить арабидопсиса-долгожителя. Они только «испортили» растение, лишив его двух, как оказалось, генов смерти. Таким образом было доказано, что смерть арабидопсиса происходит не потому, что он просто не может жить дольше, чем несколько недель, из-за накопления в его тщедушном теле случайных ошибок, а потому что в его гены заложена специальная программа, убивающая организм в определенный момент его жизни, то есть программа феноптоза.

По-видимому, когда-то арабидопсис был высоким и «крутым» растением. Это доказывается тем, что он еще и сегодня умеет изображать из себя гиганта, если отключить феноптоз. Но потом он эволюционировал, «решив», что чем конкурировать с десятками таких же «крутых» видов, проще найти и оккупировать специальную нишу — раны в земле, чтобы быть там полным королем. Правда, лишь до тех пор, пока рана не зарастет «крутыми» видами растений.

То же самое происходит с агавой, которая много лет может расти и размножаться корневищами, а потом зацвести и погибнуть вскоре после созревания семян.

Другой яркий пример — мадагаскарская пальма Ravenala madagascariensis. Это величественное растение прекрасно себя чувствует вплоть до 100 лет, а потом зацветает мелкими цветами и вскоре после этого гибнет.

Подробности такого рода явлений любопытный читатель найдет в части II, разделе II.2.2.

1.2.3. Феноптоз у беспозвоночных. Богомолы не стареют

Имеют ли отношение к человеку реальное увеличение продолжительности жизни мелкого растения или конечная целесообразность гибели дрожжей? Человек — он из другого царства. Надеюсь, мы никого не обидим, если напомним, что мы — животные. В смысле, что согласно биологической классификации принадлежим к царству животных, и у нас очень многое происходит по-своему. Перейдем к животным.

Начнем с повелителей нашей планеты, если брать по разнообразию, эволюционной приспособленности и общей массе в тоннах. Нет, не с человеков. С беспозвоночных — это черви, моллюски вроде мидий или осьминогов и, конечно же, короли биологии — вездесущие и невероятные насекомые. Утверждается, что если взять какое-нибудь большое дерево во влажных джунглях Южной Америки, завернуть его в полиэтилен и опрыскать инсектицидом, то с него нападает представителей различных видов насекомых больше, чем существует на всей Земле видов рыб, гадов, птиц и зверей вместе взятых. Спросите какого-нибудь классического биолога, кто является венцом эволюции? Конечно же, это двукрылые насекомые (мухи, комары), а вовсе не бескрылые двуногие существа, которым все неймется.

ЕСЛИ У САМКИ ОСЬМИНОГА СРАЗУ ПОСЛЕ ПОЯВЛЕНИЯ ДЕТЕНЫШЕЙ УДАЛИТЬ ОСОБЫЕ ЖЕЛЕЗЫ, ОНА БУДЕТ ЖИТЬ ДАЛЬШЕ. В ПРИРОДЕ ЖЕ МОЛОДАЯ ОСЬМИНОЖКА ПЕРЕСТАЕТ ПИТАТЬСЯ И УМИРАЕТ СРАЗУ ЖЕ ПОСЛЕ ТОГО, КАК СТАНЕТ МАТЕРЬЮ.

При таком разнообразии беспозвоночных среди них должно быть несложно найти примеры феноптоза. И их действительно множество. Головоногие моллюски — некоторые виды осьминогов и кальмаров, так же как и однолетние растения, размножаются один раз. У кальмаров самец погибает сразу после спаривания, а самка — отложив «кладку». Показателен пример одного из видов осьминогов (Octopus hummelincki), самка которых перестает питаться сразу после появления детенышей. Причем, как и в случае с арабидопсисом, биологи сумели доказать, что тут дело не в каком-то неизбежном старении этой самки, а имеет место настоящая биологическая программа. Если у молодой матери удалить особые железы, то она не теряет способность питаться, живет дальше и может размножиться еще несколько раз.

Самка одного из видов богомола отгрызает голову самцу в конце полового акта, что многие годы приводилось как пример самой изощренной жестокости в мире насекомых. В действительности же оказалось, что у самца богомола семяизвержение наступает только после обезглавливания.

Показателен также пример поденок — небольших насекомых, у которых природой не предусмотрено… рта. Как же они живут? Дело в том, что, как обычно это бывает у насекомых, большую часть жизни поденка проводит в состоянии личинки, которая ест — будь здоров. Но потом наступает последний этап развития этого существа, и личинка превращается во взрослую поденку — что-то среднее между комаром и мотыльком. От личинки она наследует небольшой запас питательных веществ, который позволяет ей летать пару дней, если повезет — встретить партнера противоположного пола и отложить сотни тысяч яиц. После чего биологическая функция поденки считается выполненной, кормить ее никакого смысла нет (с точки зрения эволюции!), и она умирает от голода. Типичный пример феноптоза.

У насекомых можно найти еще и не такие чудеса. Вплоть до самоходных химических бомб-камикадзе. Определенный вид термитов додумался следующим образом «утилизировать» старых рабочих особей. Всю жизнь они спокойно грызут дерево, строят свой термитник, но при этом потихоньку откладывают в особом изолированном отделе своего тела фермент, образующий ядовитое вещество. В старости, когда затупятся жвалы, рабочие бросают свое ремесло и присоединяются к термитам-солдатам, отправляющимся в набег на соседний термитник или атакующим какого-нибудь жука. Если враг разгрызет такого пожилого рабочего, то ядовитая емкость взрывается, распыляется отравляющее вещество и враг гибнет. Надеюсь, вы согласитесь, что вряд ли рабочие термиты превращаются в ходячие бомбы в результате накопления случайных ошибок? Более подробно об этом удивительном факте см. часть II, раздел 11.2.3.

1.2.4. Феноптоз у рыб, птиц и зверей

Примеры феноптоза среди растений и беспозвоночных давно уже не составляют секрета для ботаников и энтомологов. Для них совершенно очевидно, что запрограммированная смерть отдельных индивидуумов — это широко распространенное и биологически оправданное явление. Думаю, что им даже не очень понятно, почему мы поднимаем столько шума из-за такой банальности. Но одно дело — какие-то насекомые и растения, а другое — «высшие» животные — позвоночные. То есть рыбы, земноводные, рептилии, птицы и звери. И мы с вами. Быть может, именно среди них работает принцип бесценности жизни каждого отдельного индивида? Если такое высокоорганизованное существо, как тихоокеанский лосось, сумело вырасти, избежав кучи опасностей в море, то как же можно позволить себе такое расточительство, как самоубийство этой замечательной рыбины?

К сожалению для каждого конкретного лосося, и к счастью для всего вида этих рыб, они относятся к однократно размножающимся существам. Чтобы выиграть гонку за выживание у других видов, они придумали следующий трюк. Взрослые лососи живут в море, где много еды, но и куча опасностей. Вздумай они размножаться там, их икра и мальки были бы легкой поживой для самых разных хищников. И лососи бежали. Когда приходит пора размножения, лососи покидают море и начинают долгое путешествие вверх по впадающим в него рекам, доходя до самых верховий с кристально чистой водой. То есть водой, в которой практически нет никакой еды, и она не может прокормить никаких серьезных хищников. Именно здесь лососи нерестятся. Но чем будут питаться их мальки? Как это ни ужасно — своими родителями. Правда, не напрямую. Сразу после нереста лососи погибают и их тела поедают мелкие рачки, бешено размножаясь на таком пиршестве. Представьте — живешь себе, голодаешь в «кристальной чистоте» заводи горной реки, питаешься неизвестно чем, каждая крошка провианта на счету и тут в эту заводь плюхается многокилограммовое чудовище и, немного побарахтавшись, сдыхает. Вот он, праздник для всей водоплавающей мелюзги! И этими-то страшно размножившимися на телах родителей рачками и питается молодняк лосося, оставив с носом орды морских хищников. Что особенно для нас важно, биологи опять-таки сумели предотвратить запрограммированную смерть лосося при помощи удаления у взрослых рыб определенных органов: гонад или коры надпочечников.

Рис. 2. Самец сумчатой мыши полон оптимизма перед свадьбой. Но через 2 недели будет запущена программа ускоренного старения.

Складывается впечатление, что феноптоз существует у любых однократно размножающихся существ. Есть они и среди млекопитающих — например, австралийская сумчатая мышь (рис. 2), самцы которой совершают биохимическое самоубийство сразу после сезона размножения. Подробнее особо дотошный читатель углубит свои познания о феноптозе у позвоночных в части II, раздел 11.2.4.

БИОЛОГИ СУМЕЛИ ПРЕДОТВРАТИТЬ ЗАПРОГРАММИРОВАННУЮ СМЕРТЬ ЛОСОСЯ ПУТЕМ УДАЛЕНИЯ У ВЗРОСЛЫХ РЫБ ПОЛОВЫХ ЖЕЛЕЗ ИЛИ КОРЫ НАДПОЧЕЧНИКОВ.

Чтобы привлечь самку в период гона, самцы этой мыши, как и другие животные, выделяют феромоны. Оказалось, что помимо самок, под действие этих летучих веществ подпадают и сами самцы. Их улавливает специальный вомероназальный орган, который (не сразу, а при относительно длительном воздействии феромона) подает пока еще неизвестный сигнал в мозг, вызывающий разбалансирование гормональной системы этих симпатичных зверьков. Резко повышается продукция кортикостероидов, аномально подскакивают уровни адреналина и норадреналина, что в конце концов приводит к острой почечной недостаточности и смерти самцов сумчатой мыши. Кстати, можно кардинально продлить их жизнь, если просто никогда не показывать им самок. Тогда они не впадают в состояние гона, феромоны не выделяются и мышь не запускает смертельную программу феноптоза.

Обратите внимание, что австралийская мышь, как и дрожжи (о них речь шла в главе 1.1.3), использует феромон в качестве орудия феноптоза, хотя биохимические механизмы действия этого орудия в двух названных случаях оказываются совершенно различными.

Может показаться, что, приводя примеры запрограммированных самоубийств однократно размножающихся существ, мы ломимся в открытую дверь. Если одному или обоим родителям суждено погибнуть после размножения, то такое событие по определению должно быть как-то запрограммировано. На самом деле эти факты — скорее логическая преамбула к еще более интересной истории про феноптоз животных, которым разрешено размножаться многократно. Об этом — в следующей главе.

1.4.1. Что определяет продолжительность жизни?

У верблюда два горба, потому что жизнь — борьба». Эта веселая присказка по сути является универсальным и вполне научно точным объяснением всего удивительного разнообразия форм жизни на нашей планете. Как это ни печально звучит с точки зрения человеческой морали и норм гуманизма, но жизнь любого организма возможна только ценой смерти других организмов. Это может быть очевидным: вот прыгал зайчик, прыгал — а лиса его съела. Это может быть скрыто, как в случае конкуренции растений за солнечный свет и органические вещества почвы — но это почти всегда так. Любая форма жизни размножается и распространяется как можно шире, и ограничивают ее в этом только внешние факторы, в первую очередь — недостаток доступной энергии и ресурсов из-за предельно жесткой конкуренции. И буйство жизни вокруг, которым мы обычно восхищаемся, — это арена непрекращающейся безжалостной битвы, в которой одни организмы прямо или косвенно убивают и съедают других, чтобы выжить самим. Ведь каждый живой организм — это «лакомый кусочек», готовые питательные органические вещества, которые можно использовать и как источник энергии, и как материал для того, чтобы поддерживать себя любимого.

Но в эволюционной игре выживание, как ни странно, не есть наивысшая ценность. Чаще борьба идет за размножение; побеждает не тот, кто дольше проживет, а тот, кто сумеет наиболее эффективно размножиться в условиях, когда все вокруг хотят того же самого и норовят оттяпать кусок твоей еды, а при возможности и кусок тебя самого. И стратегия в этой игре зависит от тысячи факторов и от решений миллионов других игроков. В одних условиях может оказаться выигрышным сделать ставку на скорость, плодиться быстро и не жалеть себя; в других — наоборот, сделать краеугольным камнем самосохранение и размножаться медленно, но верно, максимально оберегая и себя, и потомство.

Все это — вещи достаточно тривиальные для любого читателя, знакомого с современной теорией эволюции. Какое же отношение это имеет к старению?

Самое прямое. Первое: главное — не жизнь, а эффективность размножения. Второе: любое живое существо вынуждено жертвовать одним во имя другого, потому что доступные ресурсы и энергия ограничены. И рыбку съесть, и на велосипеде покататься не выйдет — конкуренты опередят в гонке за размножение и вытеснят с лица Земли. Отсюда следует простой вывод: тратить ресурсы на поддержание жизни живому существу имеет смысл только в том случае, если у него еще есть шансы оставить потомство. Этот вывод — количественный: чем меньше шансов оставить потомство, тем меньше ресурсов и энергии следует тратить на самоподдержание.

ЧЕМ МЕНЬШЕ ШАНСОВ У ЖИВОГО СУЩЕСТВА ОСТАВИТЬ ПОТОМСТВО, ТЕМ МЕНЬШЕ ЭНЕРГИИ И РЕСУРСОВ ОНО ТРАТИТ НА ПОДДЕРЖАНИЕ СВОЕЙ ЖИЗНИ.

Что же в таком случае можно ожидать увидеть в мире, где каждый день (не говоря уже о ночах!) тебя подстерегают тысячи опасностей и тысячи голодных ртов в буквальном и переносном смысле жаждут тебя слопать? Очевидно, что в таком мире выжить каждый следующий год жизни будет все менее и менее вероятно. Значит, и вероятность оставить потомство также будет снижаться. И чем более враждебен для тебя мир вокруг, чем больше ежедневный риск смерти, тем быстрее будет это снижение. Соответственно, тем важнее будет быстрота размножения, и тем меньше смысла тратить ценные ресурсы на поддержание собственной жизни.

Наблюдаемое в природе положение вещей полностью подтверждает эту логическую цепочку. Насекомые, грызуны и прочие мелкие и беззащитные животные имеют короткий век, а рекордсменами по продолжительности жизни являются такие неуязвимые гиганты, как киты, крупные рыбы и гигантские черепахи. Птицы и летучие мыши, получив дар полета, также могут позволить себе жить долго и обзаводиться потомством без лишней спешки — уйдя из кипучей битвы за жизнь на поверхности земли, они резко снизили риск смерти. Да и мы с вами, уважаемый читатель, тоже можем служить иллюстрацией этого явления: человеческий разум дал нам как виду уникальную возможность свести к минимуму большую часть опасностей, подстерегающих высших обезьян в природе. И по продолжительности жизни мы также с солидным отрывом опережаем всех наших родственников-приматов. Пара сотен тысяч лет эволюции в относительно комфортных условиях уже привели к тому, что продолжительность жизни человека заметно увеличилась. И если нам так хочется жить до двухсот лет — нужно всего-навсего подождать еще пару сотен тысячелетий, продолжая существовать в цивилизованном и безопасном мире. Но мы хотим жить дольше уже сейчас или хотя бы через несколько десятков лет! — и это правильно.

Вышеприведенные соображения — это достаточно общепринятые в научном сообществе взгляды на продолжительность жизни и старение как результат работы естественного отбора. Подытожим их кратко.

1) Живому существу требуются ресурсы и энергия: как для поддержания собственного тела в хорошей форме, так и для размножения.

2) Ресурсы и энергия жестко ограничены и за них идет острая конкуренция. Каждая калория на счету!

3) В эволюционной борьбе часто выигрывает тот, кто эффективнее размножается, даже малюсенькое преимущество здесь через сотни поколений приведет к полному вытеснению тех, кто плодится похуже.

4) Если среда обитания враждебна и ежедневный риск смерти высок, то оптимальной эволюционной стратегией будет вкладывать как можно больше ресурсов в размножение, в том числе и «в ущерб здоровью».

5) Чем меньше ресурсов организм тратит на себя самого, тем быстрее будет его износ и старение.

Важный и не совсем очевидный вывод из этого: старение вовсе не является обязательным атрибутом жизни. Ведь каждое живое существо, от букашки до слона, развивается из одной-единствен-ной клетки, выстраивает свое удивительное сложное тело, растет и взрослеет, и, наконец, достигнув половой зрелости, приступает к размножению. По сравнению со всем этим задача поддерживать уже сформированное тело и не давать ему слабеть выглядит куда более простой. Большинство опасностей уже позади, рискованные периоды младенчества, детства и юности в прошлом; организм находится на пике своих возможностей — казалось бы, живи и размножайся! И некоторые животные и растения так и делают.

Знакомьтесь: сосна остистая межгорная, рекордсмен по долголетию на нашей планете. Пять тысяч лет — более чем преклонный возраст, не правда ли? Когда египтянам впервые пришло в голову построить пирамиду, некоторым из ныне живущих сосен была уже не одна сотня лет! И никаких признаков дряхлости, старческого упадка и прочих атрибутов старости! Более того, в размножении тысячелетние сосны-старушки и старики не менее активны и успешны, чем их юные, столетние сородичи.

Но деревья — это неинтересно, скажете вы. Они совсем другие, и мы привыкли к тому, что среди них есть долгожители. Те же знакомые всем нам дубы, хоть и не пирамиды, но времена Пушкина прекрасно помнят. А как обстоят дела с долгожителями в царстве животных?

Тоже очень неплохо. Двустворчатый морской моллюск Arctica islandica, обитающий в холодных водах северной Атлантики и Северного Ледовитого океана, живет более четырехсот лет, не ведая особых забот. А вот исполинская черепаха: старейшие экземпляры доживали до двухсот пятидесяти лет, и опять-таки незаметно, чтобы столь преклонный возраст отрицательно сказывался на их физической форме и половых способностях. Некоторые представители морских окуней (Sebastes aleutianus) также живут более двухсот лет, и, глядя на особо зрелые экземпляры, никак нельзя сказать, что старость для них — не радость и что они в чем-то уступают всякой столетней мелюзге, которая им в пра-пра-правнуки годится.

Ну а среди млекопитающих, есть ли они — нестареющие счастливцы? Оказывается, есть. Гренландский кит, судя по всему, не подвержен снижению жизнеспособности с возрастом. Поэтому неудивительно, что он также является и рекордсменом по продолжительности жизни среди млекопитающих более двухсот лет! Справедливости ради отметим, что второе место с результатом в 122 года на момент написания этой книги держим мы, люди. Однако здесь дело может быть просто в отсутствии достоверной информации о многих других видах долгоживущих млекопитающих.

1.4.2. Не болеют и не стареют — есть и такие

Гренландский кит, однако, не единственное нестареющее млекопитающее. Еще один пример нашелся на земле, а точнее — в ней. Речь идет о небольших грызунах своеобразного вида, живущих в Африке, — голых землекопах (Heterocephalus glaber). Это мелкие безволосые животные, на вид более всего напоминающие сосиску с зубами, (рис. 3). В семье не без урода, и голый землекоп, несомненно, выиграл бы в обширной семье грызунов конкурс за место урода номер один. Поставьте рядом пушистых морских свинок, симпатичных крохотных мышат, хитрых и ловких крыс — и безволосого, подслеповатого зубастого землекопа, и выбор станет очевиден.

Но как часто бывает, под личиной гадкого утенка прячется удивительный, почти волшебный зверь.

СТАРЕНИЕ ВОВСЕ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ АТРИБУТОМ ЖИЗНИ.

Голые землекопы живут в Африке в саваннах и полусаваннах, где роют в твердой, как бетон, почве длинные системы подземных ходов. В этом лабиринте живет семья из примерно ста животных. Правит семьей царица, и правит безжалостно и жестоко. Она третирует всех остальных самок и не дает им обзаводиться потомством. Сама же она купается в любви и внимании двух-трех мужей и практически непрерывно размножается. Остальные же самцы и самки исполняют в семье роль рабочих, солдат и добытчиков пищи. Солдаты отважны: если в тоннель проник опасный враг, то солдат, перед тем как вступить в схватку, дает сигнал остальным, и те замуровывают за его спиной ход, оставляя его один на один в смертельной битве.

А еще у голых землекопов до сих пор не обнаружена такая страшная болезнь, как рак. И ученые всего мира пытаются разобраться в этой загадке и узнать тайну здоровья ужасной сосиски с зубами. Но самый главный удивительный секрет этих неприглядных зверей заключается в том, что они не стареют.

В отличие от нас с вами с возрастом голые землекопы не становятся слабее, не покрываются морщинами (если не считать тех, которые появились еще в юности), не теряют зубов, сохраняют энтузиазм и прыть в вопросах продолжения рода и не снижают жизнеспособности в целом.

Отчего же умирают эти загадочные звери? Обычные голые землекопы, которые не участвуют в размножении, а выполняют разные хозяйственные задачи — прогрызают новые тоннели, защищают гнездо от змей и от посягательства соседних семей землекопов, приносят царице пищу и т. п., — гибнут в основном от внешних причин (стычки с родственниками, с соседними кланами землекопов, с врагами). Вообще жизнь рядового голого землекопа полна опасностей и не слишком долга — в среднем около трех лет. Однако царица (и ее мужья), находясь на полном довольствии в безопасных укрытиях в сердце лабиринта тоннелей, живут гораздо дольше — десятки лет. В неволе, где голым землекопам не угрожают голод, змеи и воинственные соседи, рекорд их долголетия на сегодня — 32 года, причем уже ясно, что это не предел — наблюдения за этими грызунами в лаборатории еще не окончены.

Рис. 3.1. Голый землекоп (Heterocefalus glaber)

Рис. 3.2. Голый землекоп крупным планом

32 года жизни — это много или мало? Все познается в сравнении. Обыкновенная мышь — животное примерно того же разряда, что и голый землекоп: и та, и другой — грызуны, и они почти одинаковы по размеру. Однако мышь живет около 3 лет и к концу этого срока седеет, сутулится, плешивеет и демонстрирует все прочие признаки старения. Голый землекоп живет как минимум в 10 раз дольше, и даже через 30 лет по-прежнему бодр и весел! Этот феномен не мог не привлечь внимания ученых, и после многолетнего изучения голых землекопов в неволе было установлено, что вероятность смерти этих грызунов не зависит от их возраста. То есть они не стареют в отличие от нас, людей, у которых век хоть и дольше, но тем не менее с возрастом вероятность смерти резко увеличивается. Более подробно о голом землекопе см. часть II, разделы 11.5.1.

МНОГОЛЕТНЕЕ ИЗУЧЕНИЕ ГОЛЫХ ЗЕМЛЕКОПОВ В НЕВОЛЕ ДОКАЗАЛО, ЧТО ЭТИ ЖИВОТНЫЕ НЕ СТАРЕЮТ: ВЕРОЯТНОСТЬ СМЕРТИ ЭТИХ ГРЫЗУНОВ ОЧЕНЬ НИЗКА И НЕ ЗАВИСИТ ОТ ИХ ВОЗРАСТА.

Наличие нестареющих животных позволяет нам утверждать одну очень важную вещь: феномен старения — вовсе не «обязательная программа» для живых существ, населяющих нашу планету. Этот феномен появляется лишь там, где дает преимущества с эволюционной точки зрения.

Теперь, когда мы разобрались в причинах происхождения феномена старения и узнали, что некоторые счастливые обитатели Земли, в число которых люди почему-то пока не попали, уже вовсю наслаждаются жизнью без старости, пришло время вернуться к главному вопросу: как же устроено старение живых существ? Является ли оно программой, согласно которой наше тело медленно, но верно портится по намеченному еще при зачатии плану? Или же мы, подобно автомобилю, накапливаем потихонечку то тут, то там различные повреждения и в итоге постепенно приходим в полную негодность просто потому, что изначальный дизайн всех частей и узлов рассчитан на некий определенный срок эксплуатации? Вопросы эти вовсе не праздны. Чтобы победить старение, в первом случае нам достаточно разобраться в том, как работает программа старения, и сломать ее, а во втором — полностью менять весь дизайн и устройство нашего тела. Второй, к сожалению, в ближайшие несколько десятилетий не имеет шансов воплотиться в жизнь. Первый вариант — вполне посильная задача для современной биологии.

1.5.1. Поститься полезно

Разные живые существа стареют по-разному — в этом читатель уже мог убедиться при чтении предыдущих глав. Растения-однолетники отравляют сами себя после того, как дадут семена, и под действием собственного яда в короткий срок теряют жизнеспособность и умирают. Примерно то же самое происходит с тихоокеанским лососем или с некоторыми видами американских опоссумов: начало периода размножения запускает программу, которая за короткий срок полностью разрушает организм. Примечательно, что в случае опоссумов это касается только самцов — они умирают, как и сумчатая мышь, в течение нескольких недель после гона. Самки же спокойно вынашивают, рождают и воспитывают детенышей, а при известной доле везения могут даже дожить до следующего периода размножения. Для вкусненьких опоссумов, которыми готовы полакомиться все кому не лень, везение жизненно необходимо!

Гигантские черепахи, гренландские киты и голые землекопы, наоборот, вообще не желают стареть, живут очень долго и умирают от разнообразных, обычно плохо понятных причин без видимых признаков одряхления. Основная же масса форм жизни, в том числе и люди, подвержены «классическому» варианту старения: после завершения роста и достижения половой зрелости начинается плавное, неуклонное ослабление всех жизненных функций. Как следствие, вероятность смерти растет с возрастом. Для человека этот процесс начинается с возраста 12–15 лет.

И здесь мы подходим к главному вопросу: какова природа старения? Является ли оно следствием медленного накопления случайных поломок и дефектов в нашем теле, способности которого к самовосстановлению ограничены, или же старение — результат специальной программы, записанной в наших генах?

Простого и однозначного ответа на этот вопрос сейчас нет, в первую очередь потому, что мы пока не знаем, насколько универсальны механизмы старения у разных организмов. В случае однолетних растений, тихоокеанского лосося и вышеупомянутых опоссумов очевидно, что их смерть — следствие работы генетической программы. В случае людей или крыс это уже совсем неочевидно. Но факт наличия у организма неких «резервных мощностей», которые в определенных условиях могут быть задействованы для того, чтобы замедлить старение, сомнений не вызывает. И способ, которым можно задействовать эти мощности, также хорошо известен. Нужно просто меньше есть.

Речь идет о том, что называется учеными «ограничение калорийности питания» и на сегодняшний день является единственным научно доказанным методом увеличения продолжительности жизни для млекопитающих. Если вы думаете, что это знание — результат научного прогресса последних лет, то вы ошибаетесь. Открытие это было сделано почти 80 лет назад. Биохимик и диетолог Клайв МакКей обнаружил, что если взять две группы крыс и предоставить одной группе есть столько пищи, сколько животные хотят, а другой группе давать на 30–50 % меньше (но сохранить полную дозу витаминов и микроэлементов), то крысы, сидящие на диете, будут жить заметно дольше, чем крысы-обжоры. Особенно ярко этот эффект проявился у самцов: одна из «голодающих» групп жила почти на 85 % дольше контрольной группы! Причем воздержанность в пище приводила не только к увеличению средней продолжительности жизни, но также заметно увеличивала и ее максимальную продолжительность.

ЕЩЕ 80 ЛЕТ НАЗАД БЫЛО НАУЧНО ДОКАЗАНО, ЧТО ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ ДОСТОВЕРНО УВЕЛИЧИВАЕТСЯ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ ПИТАНИЯ.

Удивительно, но это открытие долгое время оставалось в разряде «забавных курьезов биологии», и несколько десятилетий никто всерьез не изучал чудодейственные последствия ограничения калорийности питания. Но по мере роста интереса ученых к проблеме старения этот феномен привлекал к себе все больше и больше внимания. Эксперименты МакКея были многократно воспроизведены в разных лабораториях; тот же эффект был показан на мышах, а затем в США начался масштабный эксперимент по изучению влияния ограничения питания на обезьян. На момент написания этой книги эксперимент еще не закончен, так как часть наблюдаемых животных пока еще жива (крыса живет около трех лет, а максимальная продолжительность жизни макаки-резуса — сорок лет). Но предварительные результаты уже достаточно однозначно указывают на то, что и у обезьян ограничение питания замедляет старение и продлевает жизнь (рис. 4).

Рис. 4. Обезьяны макаки-резусы, питавшиеся вдоволь (А и В), и жившие впроголодь (Б и Г). Цит. по R. J. Colman, R. М. Anderson, S. С. Johnson и др., 2009.

Ажиотаж вокруг вышеописанного явления вполне понятен: ведь если у людей ограничение калорийности питания будет работать так же, как у крыс и мышей, то средняя продолжительность нашей жизни вырастет до 110–120 лет, а максимальная превысит 150! Головокружительные перспективы, не правда ли?

Впрочем, если побороть головокружение и взглянуть на вещи более трезво, то в бочке меда сразу обнаружится пара-тройка ложек дегтя. Во-первых, мы — не мыши. Мышиный век короче нашего примерно в 20 раз, и вовсе необязательно, что нашу и без того почти рекордно долгую для млекопитающих жизнь можно дополнительно «разогнать» житьем впроголодь так, как это получается у грызунов. Во-вторых, даже если биология старения у нас окажется такой же, как у наших братьев меньших, то согласились ли бы вы, читатель, всю жизнь провести впроголодь ради того, чтобы жить на пару десятков лет дольше? В-третьих, современный мир, независимо от того, нравится нам это или нет, в значительной степени управляется жаждой прибыли. Человеческая мысль и усилия направлены в сторону изобретения вещей, которые можно продать. А ограничение питания продать нельзя. Поэтому вряд ли можно ждать большой рекламной кампании на этот счет, даже если ученые докажут, что пост замедляет старение человека.

Но есть во всей этой истории «долголетия впроголодь» один очень важный аспект, посылающий нам весьма яркий луч надежды.

Он заключается в том, что старение в принципе можно замедлить! А это значит, что — если не полностью, то в значительной степени — мы стареем не так, как стареют автомобили, и что старение — это программа. Если бы старение было просто следствием накопления «поломок» в организме, то ограничение питания должно было бы лишь ускорять его! Ведь меньше калорий — это меньше энергии на «ремонт» и на поддержание организма в хорошей форме.

Продление жизни млекопитающих в ответ на ограничение питания означает, что в организме существует значительный резерв жизненных сил, который можно использовать для замедления старения. И сейчас многочисленные ученые по всему миру пытаются понять, каким образом это происходит и как можно задействовать этот резерв без того, чтобы пожизненно мучить себя жестким недоеданием.

СТАРЕНИЕ В ПРИНЦИПЕ МОЖНО ЗАМЕДЛИТЬ.

ЕСЛИ У ЛЮДЕЙ ОГРАНИЧЕНИЕ ПИТАНИЯ РАБОТАЕТ ТАК ЖЕ, КАК У ДРУГИХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ, СРЕДНЯЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ НАШЕЙ ЖИЗНИ ВЫРАСТЕТ ДО 110–120 ЛЕТ. УЧЕНЫЕ ВЫЯСНЯЮТ, КАК МОЖНО ЗАДЕЙСТВОВАТЬ ЭТОТ РЕЗЕРВ БЕЗ ТОГО, ЧТОБЫ ПОЖИЗНЕННО МУЧИТЬ СЕБЯ ЖЕСТКИМ НЕДОЕДАНИЕМ

Но вернемся к главной теме этой главы — к природе старения. Если наша гипотеза верна, то «классическое» старение — то есть медленное и согласованное ослабление всех жизненных функций с возрастом — это явление, запрограммированное в наших генах. Иными словами, в какой-то момент (в возрасте около 12–14 лет) наш организм начинает медленно, но верно сам себя разрушать. Зачем могла понадобиться такая странная и вредная программа; почему в ходе эволюции естественный отбор не вымел «ущербных» стареющих животных?

5.1.2. О пользе «железных старцев»

В главе 11.3 мы уже разобрались с тем, что в ходе эволюции у живых организмов могут сохраняться генетические программы, вредные для индивидуума, но полезные для популяции. Но какая польза для популяции может быть в нелепом медленном самоотравлении индивидов, образующих эту популяцию? Попробуем разобраться.

Представим себе два вида животных: один обычный, стареющий, а другой — из разряда вечно юных счастливчиков. Посмотрим сначала на стареющих животных. Большинство особей в популяции — это или подрастающее потомство, или молодые, полные сил особи. Старение, безжалостно отнимая жизненные силы у тех, кто постарше, приводит к тому, что с определенного возраста более зрелые особи проигрывают молодым в брачном соперничестве, и их шансы на размножение начинают резко падать. Вместе с этим падают и шансы успешно избегать опасностей, находить пищу, сопротивляться болезням и паразитам. При таком положении вещей печальный финал не заставит долго себя ждать, и чем старше становится животное, тем меньше у него шансов встретить очередной рассвет.

Старики не выживают в дикой природе: «молодым везде у нас дорога». В результате старение приводит к ускорению смены поколений и к большей скорости эволюции и пластичности популяции в быстро меняющихся условиях.

Но давайте взглянем повнимательней на тех «железных старцев», которые все же — несмотря на преклонный возраст и снижение общей жизнеспособности — ухитряются продолжать жить в безжалостном мире клыкастых врагов и не менее клыкастых молодых сородичей. Как им это удается? Наверняка у них есть какие-то особо ценные свойства, дающие им преимущества перед основной массой прочих животных того же вида. Или — говоря на языке биологии — у них есть некие полезные гены, обеспечивающие в данных условиях обитания заметное эволюционное преимущество, позволяющее им успешно конкурировать за пищу и размножение с более сильными молодыми особями. В результате получается, что благодаря старению популяция быстрее обогащается ценными в данных условиях генами. То есть, кроме общего ускорения эволюции за счет удаления более взрослых особей из размножения, старение также может помогать отбирать возникающие новые полезные признаки.

БЛАГОДАРЯ ПОЛЕЗНЫМ СВОЙСТВАМ «ЖЕЛЕЗНЫХ СТАРЦЕВ» ПОПУЛЯЦИЯ БЫСТРЕЕ ОБОГАЩАЕТСЯ ЦЕННЫМИ В ДАННЫХ УСЛОВИЯХ ГЕНАМИ. ЗНАЧИТ, СТАРЕНИЕ ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОМОГАТЬ ОТБИРАТЬ ВОЗНИКАЮЩИЕ НОВЫЕ ПОЛЕЗНЫЕ ПРИЗНАКИ И СПОСОБСТВОВАТЬ УСКОРЕНИЮ ЭВОЛЮЦИИ.

А что у нас творится в популяции нестареющих животных? Там возраст — это скорее преимущество, ведь сил меньше не становится, плюс еще и приходит опыт — «сын ошибок трудных». Кроме того, нередко нестареющие животные растут всю жизнь, а размер, как ни верти, имеет значение. В результате смертность у нестареющих животных вполне может падать с возрастом, а успешность размножения — расти. Получается популяция, где небольшое число пожилых особей подавляет массу молодых сородичей, вытесняя их в брачной конкуренции и не давая места под солнцем. Очевидно, что генетическое разнообразие такой популяции будет гораздо ниже, чем в такой же популяции стареющих животных. Более того, так как накопление ошибок в генетическом материале все же происходит — пусть и медленно, но неизбежно, — великовозрастные нестареющие «патриархи» и «праматери» со временем будут давать все менее и менее «качественное» потомство. Все это вместе означает, что при резкой перемене условий обитания (а в природе это происходит с завидной частотой: то ледниковый период случится, то вулкан извергнется и климат поменяется, то какой-нибудь чужеродный вид приплывет с соседнего материка и всех сожрет) нестареющая популяция имеет гораздо меньше шансов пережить эту перемену. Ведь чем генетически разнообразнее популяция, тем больше вероятность, что какая-то часть ее особей окажется лучше приспособлена к новым условиям.

С нашей гипотезой о старении как механизме ускорения эволюции и увеличения пластичности популяции хорошо согласуется тот факт, что большинство нестареющих животных существуют в высокостабильных условиях внешней среды. Киты, рыбы, морские ежи, омары — все они живут в океане, где изменения происходят крайне медленно. Голый землекоп также спрятался от переменчивых условий внешнего мира под землей, где и температура, и влажность, и все прочее почти постоянно. А большинство остальных животных продолжает «толкаться» на поверхности Земли, где что ни день, то новая напасть и сегодня никогда нельзя с уверенностью сказать, что ждет тебя завтра. Поэтому неудивительно, что если бросить на живую природу быстрый поверхностный взгляд, то кажется, что старение вездесуще, универсально и неизбежно. Ан нет! Вполне возможно, что старение — это лишь способ ускорить собственную эволюцию, повысить «эволюционируемость» — гибкость и приспособляемость к быстро сменяющимся внешним условиям. И вполне вероятно, что именно поэтому феномен (программа?) старения, несмотря на его очевидную вредность для каждой отдельной особи, закрепляется эволюцией и является столь широко распространенным в живой природе.

Несколько лет тому назад мы предложили гипотезу о том, что старение может быть способом ускорения эволюции. У Эзопа есть афоризм, что заяц всегда убежит от лисы, так как для него это вопрос жизни и смерти, а для нее — всего лишь проблема обеда. Сказанное означает, что лисы не участвуют в естественном отборе зайцев. По-видимому, такое утверждение справедливо применительно к молодым, сильным зайцам. Но так ли это, если мы примем во внимание, что при старении заяц бежит все медленнее? Рассмотрим следующий умозрительный эксперимент. Два молодых зайца, один поумнее, а другой поглупее, встретив лису, имеют практически равные шансы удрать от врага просто потому, что бегают гораздо быстрее лисы («сила есть — ума не надо!»). Однако с возрастом умный заяц получит преимущество перед глупым, и это преимущество может оказаться решающим, когда скорости бега зайцев снизятся из-за старения до скорости бега лисы. Теперь у умного зайца, который, увидев лису, тотчас пустится наутек, будет гораздо больше шансов спастись, чем у глупого, который замешкается, а значит, только умный будет продолжать плодить зайчат. В результате заячья популяция поумнеет.

В этот момент нам часто задают вопрос: если старение такая полезная штука, то, получается, что геронтологи хотят навредить человечеству как виду, замедлив нашу эволюцию и таким способом лишив нас перспективы развития? Не стоит ли вообще запретить исследования в этом направлении? Конечно же, нет.

СТАРЕНИЕ ПОЛЕЗНО КАК ИНСТРУМЕНТ УСКОРЕНИЯ ЭВОЛЮЦИИ. В ОСТАЛЬНОМ ОТ НЕГО ОДНИ НЕПРИЯТНОСТИ. ПОСКОЛЬКУ ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА ДАВНО ПРЕКРАТИЛАСЬ, ТО СТАРЕНИЕ ЕМУ УЖЕ НИ К ЧЕМУ.

Мы больше не являемся объектом естественного отбора, обеспечивающего выживание индивидов, наиболее приспособленных к условиям окружающей среды. Если нас что-то не устраивает в этой среде, мы изменяем ее, а не меняемся сами. Если нам холодно, то мы не ждем, пока у нас и наших потомков вырастет мех. Вместо этого мы давно научились облачаться в шкуры зверей и разводить огонь. Если окружающая среда пытается сгубить нас микробами, мы не выводим более устойчивую к инфекциям когорту людей, а изобретаем антибиотики. Хорошо это или плохо, но эволюция человека как вида практически остановилась. Ее место занял технический прогресс. По-видимому, программа старения у человека обречена на исчезновение и рано или поздно отомрет, как это уже случилось у нестареющих животных, не имеющих врагов и поэтому не испытывающих давления естественного отбора. А это значит, что наше старение — вредный и отмирающий атавизм, борьба с которым разумна и оправдана.

Заметим, что если старение необходимо для ускорения эволюции, то начинаться оно должно очень рано, чтобы животное успевало существенно состариться, оставаясь при этом в репродуктивном возрасте. Действительно, ослабление иммунной системы начинается где-то между 10 и 15 годами, тогда же начинает замедляться заживление ран и аккомодация зрительного аппарата. Уменьшение мышечных волокон в скелетных мышцах заметно уже после 20 лет, ослабление остроты зрения — с 30 лет, уменьшение объема легких с 35 лет, а эластичности кожи — с 45 лет. В животном мире если особь уже не размножается, то она как бы невидима для эволюции. Какой бы невероятно полезный новый признак она ни несла в своих генах, их уже невозможно передать следующим поколениям. У большинства животных эта проблема не стоит: в суровых естественных условиях они нечасто доживают до окончания детородного возраста — менопаузы. Человек в этом смысле является одним из исключений. Но если задуматься, оно только подтверждает правило.

Представим себе жизнь первобытных людей. Их существование принципиально не отличалось от животного. И они редко доживали до менопаузы — то есть до 50–60 лет. Средняя продолжительность жизни первобытных людей, по-видимому, не превышала 30 лет. И это вполне соответствует ситуации у остальных животных. Действительно, зачем нужны прогрессу особи, которые уже не могут участвовать в процессе эволюции? Для нее старики становятся прямо-таки вредными, занимая место молодых и отнимая у них еду и кров.

У Homo sapiens, в отличие от предыдущих, менее продвинутых версий приматов, есть два принципиальных улучшения — громадный объем коры полушарий головного мозга и очень тонко работающий голосовой аппарат. В результате после долгих экспериментов эволюция получила существо, которое может передавать информацию своим потомкам не только генетически, в виде молекулы ДНК в сперматозоиде и яйцеклетке, но и вербально — с помощью речи. Другими словами, если за той горой живут пещерные медведи, то не нужно ждать, пока за тысячи лет возникнет и закрепится в генах врожденная боязнь горы вот такой формы, расположенной в этом месте. Можно просто сказать этим молодым идиотам, чтобы не ходили за ту гору безоружными и поодиночке, — там пещерный медведь.

ЭВОЛЮЦИЯ ПРИВЕЛА К ПОЯВЛЕНИЮ ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОГО В ЖИВОТНОМ МИРЕ СУЩЕСТВА — ЧЕЛОВЕКА РАЗУМНОГО, HOMO SAPIENS , КОТОРОЕ МОЖЕТ ПЕРЕДАВАТЬ ИНФОРМАЦИЮ СВОИМ ПОТОМКАМ НЕ ТОЛЬКО ГЕНЕТИЧЕСКИ, В ВИДЕ МОЛЕКУЛЫ ДНК, НО И С ПОМОЩЬЮ РЕЧИ. С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОЛЕЗНОСТИ ДЛЯ ВИДА ТАКОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ КАРДИНАЛЬНО МЕНЯЕТ РОЛЬ ПОЖИЛЫХ ОСОБЕЙ, НАХОДЯЩИХСЯ В СОСТОЯНИИ МЕНОПАУЗЫ

Разумеется, человеку как виду такой способ передачи информации через поколения дал колоссальные преимущества по освоению окружающей среды, которыми мы с удовольствием пользуемся и по сей день.

Но с точки зрения полезности для вида такое изобретение кардинально меняет роль пожилых особей в состоянии менопаузы. Они тоже получают возможность работать на улучшение качества молодого поколения, снабжая его информацией, которую приобрели в течение всей своей жизни и сохраняют не в генах, а в памяти головного мозга. Проблема заключается в том, что не все бабушки и дедушки могут этим заниматься. То есть часть из них — полезные бабушки и дедушки — действительно учат молодняк, а другие лишены дара преподавания, косноязычны, путают медведя с медведкой, или туповаты и мало что помнят, или просто противные мизантропы и общаться с ними никому неохота. В первобытные времена такие бабушки и дедушки были бы откровенно вредными, занимали бы чужое место, ели бы зря еду, да еще бы и на молодые мозги капали. В общем — снижали бы жизнеспособность популяции Homo sapiens.

В качестве весьма смелой гипотезы можно предположить, что за время существования первобытного человека (а это не так уж и мало: многие тысячи лет) могли возникнуть механизмы, ускоряющие или замедляющие работу программы старения в зависимости от того или иного фактора жизни человека. В свете вышеизложенной концепции «полезных» и «вредных» бабушек и дедушек разумно предположить, что старение «полезных» стоило бы замедлить, чтобы дать им возможность обучить побольше молодежи. А вот старение «вредных» можно было бы и ускорить в интересах остальных особей.

МЫ СТАРЕЕМ МЕДЛЕННЕЕ, ДОЛЬШЕ СОХРАНЯЕМ МОЛОДОСТЬ, ПОКА НУЖНЫ «СВОЕМУ ПЛЕМЕНИ». ОРГАНИЗМ КАКИМ-ТО ОБРАЗОМ МОЖЕТ ИЗМЕРЯТЬ ЭТУ «НУЖНОСТЬ» И СПОСОБЕН БИОХИМИЧЕСКИ РЕГУЛИРОВАТЬ СКОРОСТЬ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ СТАРЕНИЯ.

Наблюдения ученых, да и просто жизненный опыт подтверждают эту гипотезу. Похоже, что мы действительно стареем медленнее, дольше сохраняем молодость, пока нужны «своему племени». Организм каким-то образом чувствует эту «нужность» и способен биохимически регулировать скорость работы программы старения. Из этого можно сделать очень серьезные практические выводы, но на них подробно остановимся в главе 1.10 «Как продлить свою молодость и дожить до 122 лет».

Если генетическая программа старения существует, то как же она может быть устроена? Самый первый ответ на этот вопрос пришел от червячков-нематод Caenorhabditis elegans. В 60-е годы прошлого века этим мелким, всего в 1 мм длиной, червячкам выпало счастье попасться на глаза будущему нобелевскому лауреату Синдею Бреннеру, который счел их идеальными лабораторными животными. Червячки оказались неприхотливы в плане содержания и питания; тела их были прозрачны, и можно было легко наблюдать все нюансы их жизни на уровне отдельных клеток. Кроме того, эти червячки быстро развивались, быстро размножались и быстро старели: вся жизнь их укладывалась в 20 дней.

Благодаря этим важным для исследователей свойствам червячки стремительно покорили мир экспериментальной биологии, в том числе и в области изучения старения. Вскоре было обнаружено, что повреждение гена аде-1 у этих нематод приводило к резкому (почти в два раза!) увеличению продолжительности жизни. При этом никаких серьезных побочных эффектов, вроде неспособности к размножению или пониженной сопротивляемости организма, не наблюдалось. Даже наоборот, червячки-мутанты были активнее, подвижнее и жизнеспособнее своих диких сородичей.

То есть получается, что аде-1 — в чистом виде «ген старения», сокращающий жизнь своим носителям. Зачем он нужен обычным, не мутированным червячкам? Дальнейшие исследования показали, что продукт этого гена задействован в защитных реакциях на стресс. И выключение этого гена заставляло организм червячка всю жизнь функционировать в «форсированном режиме».

«Ну и в чем же проблема? — спросите вы. — Отчего бы не жить всю жизнь в состоянии повышенной мобилизации, если такая жизнь получается длиннее и насыщеннее?» В случае чер-вячков-мутантов оказалось, что дело в перерасходе энергии. При полном изобилии пищи и дикие, и мутантные червячки росли одинаково хорошо, но в условиях чередования голода и сытости дикие червячки размножались и выживали лучше, вытесняя мутантов из совместной культуры. Судя по всему, «форсированный режим» слишком энергозатратен и в дикой природе в условиях жесткой конкуренции себя не оправдывает.

Но черви-нематоды при всех своих чудесных свойствах мало похожи на людей. Как обстоят дела с генами старения у наших более близких родственников? Оказалось, что «гены старения» можно найти и у млекопитающих. В конце прошлого века ученые заметили, что так называемые карликовые мыши — декоративная порода миниатюрных мышек, выведенных когда-то в Японии (по одной из версий — для того, чтобы кормить в неволе мелких змей), — живут заметно дольше своих сородичей обычного размера. Выяснилось, что причина долголетия карликовых мышей заключается в дефектах генов, отвечающих за выработку гормона роста. Однако, в отличие от шустрых червячков, мутантные мыши расплачивались за свое долголетие размерами тела и способностью к размножению.

ПРОГРАММА СТАРЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА, ЕСЛИ ОНА СУЩЕСТВУЕТ, МОГЛИ БЫ БЫТЬ ЗАКОДИРОВАНА В НЕСКОЛЬКИХ ГЕНАХ, КАЖДЫЙ ИЗ КОТОРЫХ, ПОМИМО ПОДЛОГО «САБОТАЖА» С ЦЕЛЬЮ РАЗРУШЕНИЯ НАШЕГО ОРГАНИЗМА, НУЖЕН ЕЩЕ ДЛЯ КАКОЙ-ТО ЖИЗНЕННО ВАЖНОЙ ФУНКЦИИ.

Если говорить о человеке, то, к сожалению, вероятность наличия у нас таких единичных «генов старения» крайне мала. Если бы они существовали, то время от времени (примерно один раз на 5 миллионов человек) в них происходили бы случайные мутации, и тогда мы должны были бы наблюдать экстремальных долгожителей. Однако ничего подобного пока не наблюдалось, и распределение людей по продолжительности жизни достаточно ровное. Это означает, что программа старения — если она существует — закодирована в нескольких генах, каждый из которых, помимо подлого «саботажа» с целью разрушения нашего организма, нужен еще для какой-то жизненно важной функции.

1.6.1. Активные формы кислорода — причина старости?

Есть легенда, что французские роялисты, придя к власти на смену Наполеону, так неудачно сослали его на остров Эльбу, что решили не повторять своей ошибки и, вторично пленив своего самого страшного врага, не только отправили бывшего императора куда подальше — на остров Святой Елены, но еще и приказали тамошнему секретному агенту добавлять в пищу Наполеону немного мышьяка, чем постепенно свели его в могилу.

Если старение есть медленное самоубийство, то и в этом случае организм мог бы использовать какой-нибудь подходящий яд. Говорят, что смерть от употребления лекарств вышла на третье место (после сердечно-сосудистых заболеваний и рака) среди причин гибели людей в наступившем новом тысячелетии. Однако ясно, что люди начали стареть гораздо раньше, чем изобрели первое лекарство. Результаты остеопороза, типичного признака старения костей, были обнаружены в ископаемых скелетах самых древних Homo sapiens.

Ясно, что мы стареем не из-за мышьяка, который неудобен уже тем, что организм сам его не производит. В то же время есть ядовитые соединения, образуемые в ходе нормального обмена веществ в организме. Это так называемые активные формы кислорода (АФК), которые возникают в клетках нашего тела в процессе дыхания.

Дыхание для человека — синоним жизни. Пока я дышу, пока мое сердце бьется — я жив. Дыхание столь естественно для нас, что люди обычно не замечают его и не задумываются о том, как оно происходит и что за ним стоит. К счастью, этот пробел в общечеловеческой любознательности активно заполняют ученые всех мастей, от медиков до химиков и физиков. Попробуем взглянуть на дыхание глазами биолога.

Для современного биолога дыхание — не только и не столько «вдох-выдох, нос сопит, стекла запотели». Для биолога дыхание — это сложный биохимический процесс получения необходимой нашему телу энергии путем реакций различных питательных веществ с кислородом. Дыхание, по сути, — это то же самое, что горение, то есть реакция окисления веществ кислородом воздуха. Только происходит оно гораздо более медленно, постепенно и под жестким контролем организма.

Наши дыхательные пути и легкие решают проблему доставки кислорода из воздуха в кровь и высвобождения из крови углекислого газа. Наш желудочно-кишечный тракт обеспечивает поступление в кровь питательных веществ из пищи. Кровь доставляет кислород и питательные вещества ко всем клеткам нашего тела. Внутри практически каждой клетки есть специальные сложные структуры — органеллы, названные митохондриями, которые отвечают за главный этап дыхания — за «сжигание» питательных веществ кислородом и получение необходимой для жизни клетки энергии. Тут и начинается самое интересное.

1.6.2. Знакомьтесь: митохондрии!

Митохондрии — это вытянутые пузырьки внутри клетки, отделенные от остального ее содержимого двумя тонкими мембранами, состоящими из липидов и гидрофобных белков — жирных, нерастворимых в воде молекул (рис. 5). Эти мембраны — самое главное в процессе дыхания. Мембраны похожи на тонкие масляные пленки; они непроницаемы для большинства водорастворимых молекул и ионов. Мембраны играют важнейшую роль в жизни клетки, надежно отделяя клетку от окружающей среды, а клеточные органеллы — от прочего внутриклеточного содержимого (цитоплазмы).

Рис. 5. Митохондрия (в центре). Слева вверху шероховатый эндоплазматический ретикулум видны рибосомы - темные точки на наружной поверхности ретикулума. Электронная микроскопия. Фото из переводной книги классика Биохимии А. Ленинджера «Митохондрия» Издательство «Мир», Москва, 1966, 316 стр.

Внешняя мембрана митохондрий — гладкая, а внутренняя многократно складчата. В качестве аналогии можно представить еще не надутый воздушный шар, который смяли и засунули внутрь маленького воздушного шарика, а затем начали надувать. Маленький шарик снаружи будет круглый и гладкий, а большой шар внутри будет сморщенный и весь в складках.

Такое странное устройство мембран необходимо митохондриям, чтобы увеличить площадь внутренней мембраны. Ведь именно в этой мембране, прочно засев в ее жирной толще, находятся белки-ферменты, осуществляющие дыхание, т. е. окисление питательных веществ кислородом.

Дыхательные ферменты работают подобно миниатюрным насосам: сжигая «топливо», они перекачивают с одной стороны мембраны на другую электроны, а в обратную сторону — ионы водорода. Электроны несут отрицательный заряд, а ионы водорода — положительный. В результате работы дыхательных ферментов внутренняя мембрана митохондрии заряжается как конденсатор: внутри митохондрии получается минус, а снаружи — плюс. Жирная мембрана является хорошим электрическим изолятором и надежно держит высокое напряжение. Без этого митохондриям не обойтись — ведь напряженность электрического поля на внутренней мембране превышает 200 киловольт на сантиметр!

Затем энергия, накопленная в виде разности потенциалов на внутренней мембране митохондрий, используется для синтеза «энергетической валюты» клетки — аденозинтрифосфата (АТФ). Это — последний этап дыхания. Наверняка вам рассказывали про АТФ на уроках биологии еще в школе. Полученные молекулы АТФ покидают митохондрии, распределяются по всей клетке и используются везде, где необходимо провести энергозатратную химическую реакцию, будь то синтез ДНК, РНК или белков, транспорт ионов или питательных веществ в клетку или из нее, движение внутриклеточных органелл и т. д. При этом АТФ расщепляется с выделением необходимой энергии, а продукты его распада отправляются в митохондрии, чтобы там, на внутренней мембране, вновь соединиться в АТФ в процессе дыхания. Масштаб этого процесса иллюстрируется цифрой: взрослый человек образует в день 40 кг АТФ, чтобы расщепить все это количество за тот же срок при совершении разных видов работы. Таким образом, АТФ работает в клетке «универсальным посредником» между всевозможными питательными веществами, которые мы потребляем (чтобы получить необходимую для жизни энергию), и разнообразными биохимическими реакциями, в которых эта энергия используется.

Все это имеет самое прямое отношение к проблеме старения. Дело в том, что некоторые из белков-ферментов, которые сидят во внутренней мембране митохондрий и осуществляют процесс дыхания, делают это не совсем «чисто». То есть в ходе окисления питательных веществ кислородом получаются весьма вредные побочные продукты — активные формы кислорода (АФК). В силу своей химической неустойчивости и высокой реакционной способности АФК быстро и агрессивно реагируют практически с любыми органическими молекулами. В первую очередь это липиды и белки, образующие мембраны.

С липидами АФК расправляются особенно жестоко. Даже один-единственный зловредный радикал ОН* (одна из АФК) может начать цепную реакцию окисления: поврежденная молекула липида сама становится радикалом, повреждает следующую молекулу и так до тех пор, пока очередной радикал не встретит молекулу-антиоксиданта, способную прервать этот порочный круг. Если это не случится, дело может дойти до повреждения ДНК, что особо опасно, так как может привести к искажению «инструкций» для синтеза белков, и в результате в клетке начнут появляться дефектные белки, мешающие ее нормальной жизни.

Повреждения белков, на первый взгляд, не должны быть серьезной угрозой для клетки: в норме большая часть белков постоянно портится, утилизуется и синтезируется вновь. Однако некоторые белки, например коллаген хрящей или сухожилий, или кристаллин в хрусталике глаза, практически не заменяются, и повреждения в них накапливаются с возрастом и приводят в итоге к целому ряду неприятностей из списка признаков старения. Кроме того, если повреждаются белки дыхательной цепи митохондрий, это может повысить скорость продукции АФК такими белками. Получается порочный круг: появляясь в митохондриях, АФК в первую очередь наносят повреждения самим митохондриям, что приводит не только к снижению эффективности окисления питательных веществ, но и к еще большей продукции АФК. В итоге разбалансированные митохондрии могут необратимо отравить и убить не только саму клетку, но и ее соседей. Более того, повышенная концентрация АФК является для клетки сигналом к самоубийству: после превышения определенного уровня АФК в митохондриях запускается цепь биохимических реакций, приводящая в итоге к гибели клетки — апопотозу.

В норме деление клеток жестко контролируется целым набором генов. Однако случайные повреждения ДНК могут приводить к мутациям и поломкам в механизме контроля деления. Как уже говорилось выше, стоит только одной-единственной клетке перестать ограничивать собственное деление — и начинается безудержное размножение, вызывающее рак.

АФК являются одним из основных факторов, приводящих к случайным повреждениям ДНК. Поэтому, если в клетке повышена концентрация АФК, эта клетка имеет более высокий шанс переродиться в раковую. Для организма появление единственной раковой клетки может оказаться смертельным. В этой связи неудивительно, что как только клетка «замечает», что в ней стало многовато АФК, она самоликвидируется посредством апоптоза. Тут уж лучше перестраховаться, чем допустить промашку.

ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК КОНТРОЛИРУЕТСЯ НАБОРОМ ГЕНОВ. СЛУЧАЙНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ДНК МОГУТ ПРИВОДИТЬ К МУТАЦИЯМ И ПОЛОМКАМ В МЕХАНИЗМЕ КОНТРОЛЯ ДЕЛЕНИЯ. СТОИТ ТОЛЬКО ОДНОЙ-ЕДИНСТВЕННОЙ КЛЕТКЕ ПЕРЕСТАТЬ ОГРАНИЧИВАТЬ СОБСТВЕННОЕ ДЕЛЕНИЕ — И НАЧИНАЕТСЯ БЕЗУДЕРЖНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ, ВЫЗЫВАЮЩЕЕ РАК.

Что же получается в итоге? В митохондриях клеток нашего тела в процессе дыхания вырабатываются АФК, которые медленно, но верно отравляют эти самые клетки и вызывают их гибель. Это касается практически всех клеток, но особенно важно для таких «энергоемких» органов, как мозг, сердце и мышцы. В результате с течением времени скорость гибели клеток возрастает. Способность же регенерировать и заменять погибшие клетки новыми с возрастом не растет, а наоборот, уменьшается. Все это вместе приводит к потере «клеточности» органов: в них падает количество полноценных, активных клеток. В свою очередь это ведет к снижению работоспособности органа и увеличению вероятности его отказа при стрессовой нагрузке. А увеличение вероятности отказа системы с возрастом — это и есть старение.

Ну что ж, подумаете вы, вот и славно! Хорошо, что ученые разобрались с причинами старения и все оказалось гладко и просто. Непонятно даже, отчего столько суеты и дискуссий вокруг этой темы, когда все и так уже ясно. К сожалению, причины для суеты и споров пока есть, и количество их весьма внушительно. Дело в том, что, как любая научная концепция, вышеописанная гипотеза о роли митохондрий и АФК в процессе старения — всего лишь одно из нескольких существующих объяснений. И для того, чтобы оценить, насколько она заслуживает доверия, необходимо чуть подробнее разобраться, на каких экспериментально установленных фактах она базируется.

Вот доказательства роли митохондрий и активных форм кислорода для процесса старения.

> Образование АФК в ходе работы ферментов дыхания во внутренней мембране митохондрий — установленный факт.

> Вредоносное действие АФК на белки, липиды и ДНК клетки — также установленный факт.

> Воздействие повышенных концентраций АФК на митохондрии запускает в клетке программу самоубийства (апоптоза), которое сопровождается дополнительным мощным выбросом АФК, — наблюдение, сделанное независимо во многих лабораториях мира. Кроме того, показано, что факторы, которые повышают «самоубийственную» активность клеток, приводят к ускоренному старению.

> В клетке существуют специальные системы защиты от АФК. Важное место среди них занимают ферменты, быстро нейтрализующие АФК. Показано, что усиление этих систем, а также внедрение вышеупомянутых ферментов с помощью генной инженерии в митохондрии может приводить к увеличению продолжительности жизни у животных.

> Животные, у которых из-за определенных мутаций была сильно снижена точность копирования митохондриальной ДНК (из-за чего в ней быстро накапливались повреждения и ошибки), были подвержены ускоренному старению. Кроме того, у этих животных наблюдалось повышенное окисление липидов внутренней мембраны митохондрий — четкий признак вредительства АФК. Это окисление, а также до некоторой степени и старение можно было предотвратить с помощью антиоксиданта, избирательно направленного в митохондрии (подробнее о таких антиоксидантах — в следующей главе).

> Если сравнить скорость образования АФК в митохондриях и продолжительность жизни разных видов животных, то можно увидеть хорошую корреляцию: чем ниже эта скорость, тем дольше животное живет.

Есть, правда, уже известный вам милый грызун, который не укладывается в общую картину и идет наперекор всем теориям. Вспомнили о сосиске с зубами? Да, это он, голый землекоп! У него, несмотря на весьма высокий уровень АФК, прямо-таки рекордная продолжительность жизни для грызунов.

Помимо парадокса голого землекопа, есть еще один аргумент против: ни один обычный антиоксидант до сих пор не смог не только предотвратить, но даже сколь бы то ни было серьезно замедлить старение у животных. Более того, некоторые антиоксиданты даже приводили к обратному эффекту, уменьшая продолжительность жизни. В чем же тут дело?

Начнем с непокорного и со всех сторон исключительного голого землекопа. Действительно, у него при достаточно интенсивной продукции АФК удивительно большая продолжительность жизни. Но как вы, наверное, помните из главы 1.4, голый землекоп стал звездой современной биологии потому, что он НЕ стареет! То есть, по нашему мнению, у него сломана программа старения. Поломка произошла где-то после АФК, и именно потому ему не страшны даже повышенные концентрации АФК.

Но коварный голый землекоп, тем не менее, все же «подкопал» любимую нами теорию. Внимательный и критически настроенный читатель, прочитав наше объяснение, спросит: ну а как, собственно, работает эта ваша программа старения после того, как произошло повышение концентрации АФК? Что там у землекопа не работает, но работает у большинства остальных млекопитающих, включая и нас с вами? На этот вопрос пока ясного ответа нет. Есть отдельные наблюдения, соображения и гипотезы, но описывать их в этой книге было бы преждевременно. Идет активная научно-исследовательская работа в лабораториях по всему миру, в том числе и у авторов книги. Когда ответ на этот вопрос будет получен, быть может, «таблетка от старости» станет не такой уж фантастической вещью, как кажется сейчас. Не будем забывать, что каких-нибудь 70 лет назад таблетка от воспаления легких казалась таким же недостижимым мифом. Следите за развитием событий, бойцы фронта борьбы со старением не отступают и не сдаются!

Но вернемся к более прозаичным вещам. Второй основной контраргумент против «теории АФК» — это неудачи при попытках применения антиоксидантов как средств против старения. Казалось бы, антиоксиданты, то есть вещества, которые нейтрализуют АФК и предотвращают их разрушительное окислительное действие на другие молекулы, — идеальный кандидат на роль «лекарства от старости». В чем же дело?

Во-первых, дело в том, что АФК не только выжигают липиды, портят ДНК и белки клетки и творят прочие непотребства, но также выполняют ряд жизненно важных функций. За сотни миллионов лет эволюции организмы привыкли жить в кислородной атмосфере с ее непременными спутниками — АФК. Более того, для многих из них сегодня жизнь без АФК уже невозможна. Интересный опыт поставил сотрудник МГУ Н.И. Гольдштейн. Он пропустил воздух между двумя пластинами магнита, улавливающими так называемые «отрицательные аэроионы», а именно молекулы аниона супероксида — предшественника почти всех АФК, образуемых в клетках человека и животных. Оказалось, что воздух без супероксида смертелен! Дыша таким воздухом, мыши погибали на 18-й день, а крысы — на 22-й. Смерть можно было предотвратить даже краткими, но регулярными сеансами дыхания обычным (не очищенным от супероксида) воздухом. Вряд ли супероксид воздуха служит грызунам реальным источником АФК. Простой расчет показывает, что та же мышка или крыса сама образует гораздо больше супероксида, чем они смогут получить через легкие из воздуха. По-видимому, речь идет о каком-то сигнале бедствия, который возникает при исчезновении супероксида из вдыхаемого воздуха. Интересно, что уровень супероксида измеряется не обычными обонятельными луковицами, а особыми рецепторами, находящимися тоже в носу, но в его специальной части — вомероназальном органе, ответственном за восприятие особо важных запахов (в частности, феромонов).

НЕЧТО ВРЕДНОЕ ДЛЯ ИНДИВИДА НЕ МОЖЕТ БЫТЬ ВЫБРАКОВАНО ЕСТЕСТВЕННЫМ ОТБОРОМ, ТАК КАК ОНО ЖЕ ОКАЗЫВАЕТСЯ ДЕЙСТВУЮЩИМ ЛИЦОМ ДРУГОЙ, ЖИЗНЕУТВЕРЖДАЮЩЕЙ ПЬЕСЫ. ПОЭТОМУ ПРИМЕНЕНИЕ ОБЫЧНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ, ТЕМ БОЛЕЕ В УДАРНЫХ ДОЗАХ, МОЖЕТ ПРИВОДИТЬ К РАЗБАЛАНСИРОВКЕ ЖИЗНЕННО ВАЖНЫХ ФУНКЦИЙ.

Показано, что небольшие концентрации АФК зачем-то необходимы для деления клеток, процессов дифференцировки стволовых клеток в специализированные клетки соответствующих тканей и еще целого ряда нормальных проявлений жизнедеятельности и, в частности, синаптической пластичности и познавательной деятельности мозга. Большие концентрации АФК используются как «биологическое оружие» в борьбе фагоцитов с патогенными бактериями. Таким образом, наряду с мрачной функцией АФК как участников самоубийства отдельной клетки или даже индивида эти же самые вещества, оказывается, необходимы для организма. Здесь мы вновь сталкиваемся с ситуацией, уже рассмотренной выше, когда нечто вредное для индивида не может быть выбраковано естественным отбором, так как оно же оказывается действующим лицом другой, жизнеутверждающей пьесы. Поэтому применение обычных антиоксидантов, тем более — в ударных дозах, нередко приводит к разбалансировке жизненно важных функций.

Другая проблема заключается в том, что обычные антиоксиданты не достигают главного источника АФК в клетке — митохондрий. Ведь клетка отделена от внешней среды жирной липидной мембраной, а митохондрии отделены от остального клеточного содержимого еще двумя мембранами. Липидные мембраны плохо проницаемы для антиоксидантов, растворимых в воде, например аскорбиновой кислоты. А жирорастворимые антиоксиданты, наоборот, скапливаются в липидных мембранах, но, помимо мембраны митохондрий, попадают и во все прочие мембраны клетки, а также в жировую ткань. В результате для эффективного действия требуются высокие концентрации антиоксиданта, а его неспецифическое накопление во всех мембранах клетки и в жировых депо приводит к серьезным побочным отрицательным эффектам.

БЫЛО БЫ ЗДОРОВО НАЙТИ ТАКОЙ АНТИОКСИДАНТ, КОТОРЫЙ ПРОНИКАЛ БЫ СКВОЗЬ КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ И ПОПАДАЛ ИМЕННО В МИТОХОНДРИИ.

Было бы здорово, скажете вы, чтобы нашелся такой антиоксидант, который бы мог проникать сквозь клеточные мембраны и попадать именно в митохондрии. В этом случае он не затрагивал бы важных для жизни функций АФК, и можно было бы избирательно и аккуратно регулировать «токсичные выбросы митохондрий», не нарушая баланса АФК в других местах. Вот тогда бы мы и увидели, чего стоит эта самая «теория АФК». Спешим вас обрадовать: есть такой антиоксидант! И даже не один, а целая палитра. Только он не сам нашелся, его придумали биохимики. Кто, когда и как — читайте в следующей главе.

Если вы читаете эту главу, значит, мы можем вас поздравить — скоро вы поймете, чем эта книга отличается от всех остальных книг о старении, которые бывают весьма увлекательными, стройно доказывающими ту или иную теорию, полны интересными примерами и обескураживающими вычислениями. Но книги лучших геронтологов всегда оставляют открытым самый главный вопрос — «Ну и что?». То есть ваш рассказ был чудесен, увлекателен, но к чему все это? Что делать-то, чтобы не стареть? В ответ — либо молчание, либо набор очень правильных банальностей: поменьше пить, не курить, не ходить «налево», не забывать о физической нагрузке. Замечательно! То есть смысл обычной книги про старение — рассказать про то, как автору было интересно заниматься этой проблемой и при всем при этом ничем не помочь стареющему читателю. Нечего удивляться после этого, что геронтологические исследования так плохо финансируются.

Авторы этой книги не являются профессиональными геронтологами. Мы трудимся в сферах биофизики, биохимии и молекулярной биологии, то есть в чистом виде экспериментаторы. Это значит, что для нас бессмысленна любая теория, гипотеза, которую нельзя проверить экспериментом. Дело в том, что биология еще настолько молодая наука, что мы в подавляющем количестве случаев не можем ничего доказать строго. Системы, с которыми работают биологи, настолько сложны и плохо изучены, что у любого факта, результатов любого опыта может быть несколько объяснений, порой — взаимоисключающих. Физики-теоретики и математики тут, наверное, схватились за голову — и это вы называете наукой? Если толком ничего нельзя доказать, то какие вообще могут быть критерии правильности вашей работы?

На самом деле все очень просто: гипотеза должна что-то предсказывать. То есть, сформулировав предположение, вы на ее основе утверждаете, что такие-то эксперименты должны дать такие-то результаты. Далее ставятся соответствующие опыты, и если результаты совпадают с предсказанными, то вы правы, и можно двигаться дальше в доказательстве вашей схемы. Вот так устроена современная биология и опирающаяся на нее «доказательная медицина».

А теперь сформулируем, что предсказывает схема, которую мы вам изложили в предыдущих главах.

1) Отдельные клетки и организмы могут умирать не спонтанно, а следуя заложенной в них генетической программе.

2) Старение, судя по всему, является одной из таких программ медленного самоубийства. При этом у некоторых видов живых существ ее нет — они не стареют. Хотя все организмы в итоге умирают: вечная молодость еще не означает вечную жизнь! Людям не повезло — у нас программа старения есть и пока работает.

3) Есть все основания полагать, что старение млекопитающих, в том числе и людей, устроено через медленное отравление собственного организма какой-то «гадостью», которую этот организм сам и производит.

4) Лучшие кандидаты на роль этой «гадости» — активные формы кислорода (АФК), причем не все, а именно те, что вырабатывают «электростанции» наших клеток — митохондрии.

Эксперимент напрашивается сам собой — так давайте уменьшим производство АФК в митохондриях клеток нашего организма и посмотрим, не замедлится ли старение? Сказано — сделано!

1.7.1. Антиоксиданты для тушения очага старения

Итак, мы решили уменьшить количество митохондриальных АФК и посмотреть — не станем ли мы от этого дольше сохранять молодость. А теперь нам придется объяснить вам, какая огромная работа необходима для этого эксперимента и почему до самого последнего времени он был принципиально невозможен.

Мы предположили, что митохондрии медленно убивают нас, выполняя команды какой-то генетической программы. Если это действительно так, то, казалось бы, вернейший путь к победе над старостью — это найти те гены, в которых записана программа старения, и отключить их. Бывает, что в гене достаточно заменить одну букву (нуклеотид), и он перестанет работать. Проблема в том, что к человеку такой метод применять нельзя, так как его последствия необратимы. Как получаются генетически модифицированные животные? Берутся, скажем, мыши — родители, над ними, а точнее — над их половыми клетками, проводятся определенные манипуляции, и у их потомства «выключается» тот или иной ген. Перенося эту технологию на человека, мы для начала получим генетически модифицированных детей (!), у которых нет выбранного нами гена во всех клетках его организма. А если мы ошиблись? Вернуть этот ген мы уже не сможем. А вдруг он не только участвует в программе старения, но и выполняет какую-то еще важную, пока неизвестную функцию?

Ни один биолог в мире сейчас не возьмется предсказать все последствия удаления одного отдельно взятого гена у человека. А если так, то никаких экспериментов по генетической модификации здоровых людей проводить нельзя!

Конечно, выше описан самый радикальный способ вмешательства в генетику человека. Есть и другие — например, заразить человека вирусом, который умеет вставлять свои гены внутрь ДНК определенных тканей человека или сделать генетически модифицированные стволовые клетки и ввести их ему. При этом, правда, не удастся добиться изменения генов в 100 % клеток организма, а все риски сохранятся. То есть если что-то пошло не так, то обратного пути не будет, как и в случае с генетически-мо-дифицированными детьми.

Чтобы окончательно убедить вас в невозможности генной модификации людей, заметим, что, если верны наши предположения о программе старения, проводить эту крайне рискованную процедуру придется на здоровых молодых людях, в надежде, что они будут медленнее стареть. Даже если найдутся самоотверженные добровольцы, которых понадобятся тысячи, какой ученый в здравом уме сумеет взять на себя ответственность за подобный эксперимент?!

Так что же делать? Мы знаем, что внутри нас работает смертоносная программа, ведущая обратный отсчет нашей жизни, а сделать ничего нельзя? Не все так уж плохо. Гены сами по себе ничего делать не умеют. Они — лишь код, считывая который клетка синтезирует главные молекулы жизни — белки. Белки выполняют самые разные функции — с их помощью происходят всевозможные биохимические реакции, передаются сигналы от одной системы к другой, белки служат основным строительным материалом для всех клеточных структур. В том числе и для наших любимых митохондрий. То есть наша зловредная программа заставляет какие-то белки митохондрий работать «во вред» и производить активные формы кислорода. С этим, пожалуй, современными средствами ничего сделать нельзя. Но можно попробовать перехватить эти активные радикалы кислорода до того, как они наделали бед.

Хорошо известны вещества, которые умеют обезвреживать АФК: антиоксиданты. Их существует великое множество, они бывают природные: витамин С, витамин Е, коэнзим Q, флавоно-иды зеленого чая, резвератрол из красного вина. Бывают и синтетические: N-ацетилцистеин, идебенон, тролокс и др. В 60-70-х годах XX века, когда ученые открыли вредоносность свободных радикалов и активных форм кислорода, начался настоящий бум антиоксидантов. Какие только магические свойства им не приписывали и куда только их не добавляли! Отголоски этого бума вы можете ощутить и сейчас, посмотрев на полки магазинов: «Новейшая антиоксидантная косметика!», «Биологически-активные добавки на основе антиоксидантов!», «Бальзам-ополаскиватель с антиоксидантами зеленого чая!» и так далее.

Двоим авторам этой книги сейчас около 40 лет, и витамин С мы периодически принимаем с младых ногтей. Должны честно признаться, что мы уже ощутимо постарели по сравнению с тем, какими мы были 17 лет назад на 5-м курсе биологического факультета МГУ. Как и все остальные люди, принимавшие антиоксиданты. В чем же дело? Активные формы кислорода вредные? — Вредные. Антиоксиданты с ними борются? — Борются. А почему эффекта нет? Потому что живой организм очень сложен, это вам не «сферическая лошадь в вакууме»!

В стародавние времена человеческое тело воспринималось естествоиспытателями как бурдюк, наполненный кровью. Ткнешь его чем-нибудь острым — польется кровь, и если ее не остановить, то человек умрет. Хочешь человека полечить — дашь ему какое-нибудь снадобье, оно смешивается внутри с кровью, лечит ее и человеку становится лучше. Довольно скоро древние эскулапы выяснили, что не все так просто. Внутри человека есть разные органы. У них разные функции и свойства, и что, например, воздух для легких — это хорошо, а пузыри воздуха внутри сердца могут означать смерть. Тогда, следуя прежней логике, бурдюками стали считать органы. Относительно недавно, в середине XIX века, было обнаружено, что органы и ткани состоят из отдельных живых клеток. И очень многие вещества, путешествующие по крови и органам, внутрь клеток не попадают.

Клетки могут жить своей жизнью, выполнять разные функции, умирать, «сходить с ума», превращаясь в раковые и т. п. Короче, все дело — в клетках. И согласно древней научной традиции, «бурдюками» были объявлены они. До сих пор очень многие биологи и почти все медики для простоты считают клетки маленькими налитыми водой пузырьками, внутри которых, конечно же, есть какие-то структуры, но это все не очень важно. Есть внутри свободные радикалы — добавляешь антиоксидант и клетке должно стать лучше. К глубокому сожалению, все не так.

СТАРЕНИЕ — ЭТО НЕ ВЗРЫВ, А СКОРЕЕ МЕДЛЕННОЕ, ДЕЛИКАТНОЕ ТЛЕНИЕ ВНУТРИ ОРГАНИЗМА. ЕСЛИ ТОЧНЕЕ — ВНУТРИ КЛЕТОК, ЕСЛИ ЕЩЕ СОВСЕМ ТОЧНО — ВНУТРИ МИТОХОНДРИЙ. ЗАЛИТЬ ЭТОТ ТЛЕЮЩИЙ ОЧАГ СТАРЕНИЯ МОЖНО ТОЧНЫМИ ДОЗАМИ АНТИОКСИДАНТА. КАК ЖЕ ДОСТАВИТЬ АНТИОКСИДАНТ ТУДА И ТОЛЬКО ТУДА?

Внутренность клетки строго структурирована. Там практически почти нет «свободной» воды. Как и у тела, у клеток есть отдельные органы. Чтобы не путаться, их называют «органеллы». Некоторые из органелл наглухо изолированы мембранами от остального пространства клетки. И даже эти органеллы не являются «бурдюками» с протоплазмой, а представляют собой упорядоченные и очень слаженно функционирующие структуры.

Все это мы вам рассказываем не только для того, чтобы похвастаться, с какой бесконечно сложной штукой мы имеем дело. Просто, как мы уже писали в начале этой книги, разобраться в проблеме старения и путях ее решения невозможно без современного взгляда на биологию. А в нем нет места концепции «бурдюков».

Так вот, митохондрия и есть такая изолированная органелла. И если вы хотите нейтрализовать образуемые ею активные формы кислорода, то и антиоксидант нужно доставить точно по адресу — во внутреннюю мембрану митохондрии. А там с точностью до нескольких нанометров расположить его рядом с белками, осуществляющими дыхание и образующими АФК. Потому что задача — не позволить свободному радикалу кислорода развязать цепную реакцию в мембране митохондрии, т. е. грубо говоря, «поджечь» мембрану.

Конечно, если как следует накачать клетку антиоксидантом, то, в конце концов, эти молекулы достигнут и митохондрий. И даже как-то будут бороться с АФК. Но есть ряд моментов, делающих такой подход невозможным.

а) Необходимо давать очень большие дозы антиоксиданта, которые уже могут обладать нехорошими побочными эффектами. Для всех биологически активных веществ есть такое понятие как передозировка, а для антиоксиданта она означает смену знака его эффекта с анти- на прооксидантный.

б) Вообще-то активные формы кислорода необходимы для жизни. В небольших количествах. Например, с их помощью клетки иммунной системы убивают вредоносных микробов. Кроме того, микроколичества свободных радикалов служат для передачи ряда сигналов от одной клетки к другой, они участвуют в некоторых полезных химических реакциях. Если мы «зальем» весь организм антиоксидантом, то все эти жизненно необходимые процессы рискуют быть задушенными.

в) Достичь таких колоссальных доз антиоксиданта внутри клетки, скорее всего, не удастся. Дело в том, что существующие антиоксиданты — это либо природные вещества, либо их близкие аналоги. Такие соединения знакомы нашему организму, он умеет определять, когда их становится многовато, и у него есть специальные системы, которые связывают, расщепляют и выводят из организма избыток таких веществ.

Поэтому, несмотря на то, что уже с 60-х годов известна ключевая роль активных форм кислорода в старении, решить эту проблему с помощью антиоксидантов не удалось. Это не значит, что антиоксиданты совершенно бесполезны. Ни в коем случае! Есть ряд состояний, когда в клетке и даже в ткани вокруг нее происходит настоящий взрыв продукции свободных радикалов. Например, при инфаркте миокарда. И тогда крайне полезно «залить этот пожар» мощным антиоксидантом — например, коэнзимом Q. На его основе сделано много лекарственных препаратов, показанных людям с сердечными патологиями. Но старение — это не взрыв. Это медленное, деликатное тление изнутри. Причем совсем изнутри. Изнутри митохондрий. Так как же доставить антиоксидант туда и только туда?

1.7.2. Ионы Скулачева: история термина

Как вы помните из предыдущей главы, митохондрия работает как электростанция и в процессе дыхания «заряжает» свою внутреннюю мембрану, как конденсатор (плюс снаружи, минус внутри). Внутренняя мембрана митохондрий является очень хорошим изолятором, потому что не пропускает обычные заряженные частицы. Но если заряженную частицу (ион) окружить объемистыми водоотталкивающими органическими остатками, то мембрана перестанет быть для иона непреодолимой преградой. Идея применить подобные вещества — «проникающие ионы» для изучения митохондрий родилась на рубеже 1960-1970-х гг. Автор этой книги и его группа из МГУ совместно с группой Е.А. Либермана из Института биофизики обнаружили, что проникающие положительно заряженные ионы, т. е. катионы, способны избирательно проникать в митохондрии и там накапливаться. Минус — внутри митохондрий, вы помните? Именно эти опыты привели к открытию «митохондриального» электричества. Оказалось также, что проникающие катионы — удобный инструмент для исследования биологических мембран; вскоре их стали активно использовать исследователи по всему миру, и в 1974 г. известный американский биохимик Д. Грин назвал их «ионами Скулачева».

А в 1970 году С.Е. Севериным, Л.С. Ягужинским и В.П. Скулачевым было высказано предположение, сыгравшее затем решающую роль в разработке антиоксидантов нового поколения. Авторы предположили, что проникающие сквозь мембрану катионы могут использоваться как «молекулы-электровозы» для накопления в митохондриях незаряженных веществ, присоединенных к этим катионам. Другими словами, для доставки чего-нибудь полезного в митохондрию необходимо прицепить это «что-то» к иону Скулачева и вся конструкция неизбежно окажется в митохондрии.

Правда, такому веществу, если оно добавлено снаружи клетки, надо будет еще преодолеть ее внешнюю оболочку — плазматическую мембрану. Но и тут удача на стороне ионов Скулачева — плазматическая мембрана клеток тоже заряжена, причем минус — внутри клетки, а плюс — снаружи. То есть ионы Скулачева будут активно затягиваться внутрь клетки, чтобы потом отправиться в митохондрии.

Вы наверняка уже догадались, к чему мы ведем. Если нам нужен антиоксидант внутри митохондрии — давайте пришьем его к иону Скулачева и получится митохондриально-адресованный антиоксидант. Знакомьтесь: вещество SkQ1

Левая часть формулы — это мощнейший антиоксидант из хлоропластов растений — пластохинон (отсюда буква Q в названии вещества — по-английски хинон пишется как quinone). Далее идет деция — «связка» строго определенной длины, позволяющая точно расположить антиоксидант внутри мембраны. Сверху — органический ион децилтрифенилфосфония, который является классическим «ионом Скулачева» (рис. 6.1).

А на рисунке 6.2 показано, как выглядит колба с этим бурым стеклообразным веществом.

Рис. 6.1 Формула SkQ1

Рис. 6.2. В руках сотрудника проекта стеклянная колба с несколькими граммами чистого SkQ1

Само по себе оно очень странное, плохо растворимое как в воде, так и в масле. Не слишком стабильное, боится света. Оно хорошо чувствует себя только там, где ему предназначено место — внутри биологических мембран. Точнее, на границе между мембраной и водной фазой. В начале наших исследований мы никак не могли научиться с ним работать. К примеру, берешь пробирку, наливаешь в нее разбавленный раствор SkQ1, через минуту отбираешь раствор обратно, анализируешь его — SkQ1 исчез! По лабораториям нашего проекта пошел слух о страшной нестабильности вещества. А ведь мы не просто изучаем его свойства, мы делаем лекарство от старости. Но как бы выглядело такое лекарство: запаянная ампула, хранящаяся в жидком азоте; ее достают из жидкого азота и размораживают в очень специальном термостате; после этого у бедняги-пациента есть всего несколько секунд, чтобы ее выпить! Представляете, во сколько все это обошлось бы несчастному?

К счастью, дело оказалось не в низкой стабильности. SkQ1 не исчезал. Он перестал обнаруживаться, потому что налипал на стенки пластиковой пробирки. Там ему было комфортней всего: жирным телом — на пластике, а заряженной головкой — в воде. Сейчас мы уже научились бороться с этой проблемой, и растворы SkQ1 хранятся годами.

1.7.3. SkQ как прерыватель программы старения

Представьте, что вы биолог, сотрудник МГУ имени М.В. Ломоносова. На вас очки, белый халат поверх потертого свитера и джинсов, вы стоите посреди лаборатории, затерявшейся где-то внутри грандиозного университетского комплекса зданий на Воробьевых горах в Москве. В руках у вас колба с 10 граммами бурого стеклообразного вещества SkQ1, которое должно замедлять старение. Из железной клетки, стоящей на лабораторном столе, на вас с интересом смотрят две белые крысы, прикидывающие, покормят ли их чем-нибудь вкусным или предложат весело побегать в лабиринте. За окном слышен отдаленный вой сирены «Скорой помощи», везущей сквозь московские пробки безнадежного пациента в больницу. Ваши действия?

Мы живем не в голливудском фильме, поэтому точно НЕ стоит:

> немедля глотать содержимое этой колбы целиком, чтобы стать бессмертным Макклаудом;

> сжигать содержимое этой колбы целиком вместе с собой, чтобы унести в могилу секрет бессмертия, который природа хранила от человека столько веков;

> срочно звонить своему знакомому в Сеул, чтобы тайно продать эти 10 граммов чудо-вещества транснациональной корпорации за миллиард долларов;

> бросаться в погоню за «Скорой помощью» на своих «Жигулях», чтобы спасти хотя бы одного умирающего;

> накормить лабораторных крыс SkQ1, чтобы на следующий день обнаружить, что они за это время не постарели, и дальше отправиться на тех же «Жигулях» в Стокгольм за Нобелевской премией.

Вместо этого, как и положено ученому в очках, свитере и джинсах, надо убрать колбу в холодильник, засыпать корма крысам и… подумать.

Откуда взялось это вещество? Из предположения, что оно может замедлить процесс старения человека. Наша цель — проверить это предположение. Как это сделать? Ну… надо накормить веществом побольше людей и смотреть, как они стареют. То есть позвонить в газету «Московский университет» (или даже «Московский комсомолец»?) и дать объявление — требуются добровольцы для пожизненного эксперимента по замедлению старения. Наверняка найдется сотня-другая отчаянных людей, которые будут не прочь попробовать. Опять же, к сожалению (а скорее — к счастью), мы живем не в романе Булгакова и так делать нельзя.

Задумаемся, а как вообще новое вещество может попасть внутрь человека? Основных вариантов два: мы отправляем себе в рот либо еду и питье, либо лекарства. Всевозможные БАДы, о которых читатель наверняка наслышан, это Биологически Активные Добавки к пище, призванные компенсировать недостаток того или иного естественного вещества в рационе человека. В их состав может входить только то, что человек и так может найти в природе. Как мы уже знаем, SkQ1 — вещество не природное.

Оно «из головы выдумано», чтобы прерывать реализацию как раз вполне природной, естественной программы смерти от старости. Остается один вариант — лекарство.

И это очень правильный вариант. Потому что главный принцип создания любого лекарства — не навреди! В первую очередь разработчик должен доказать, что его препарат безопасен. Но у лекарства есть еще один важный параметр — показание к применению, проще говоря, болезнь, которую должно лечить это лекарство. Для SkQ1 этим показанием вообще-то является старение. Но такой болезни нет в медицинских справочниках. Старение — естественный процесс и, казалось бы, лечить его невозможно. Поэтому «в лоб» задача не имеет решения. SkQ1 нельзя применять как лекарство от старости просто из-за существующего в большинстве стран законодательства!

У ЛЕКАРСТВА ЕСТЬ ЕЩЕ ОДИН ВАЖНЫЙ ПАРАМЕТР — ПОКАЗАНИЕ К ПРИМЕНЕНИЮ, ПРОЩЕ ГОВОРЯ, БОЛЕЗНЬ, КОТОРУЮ ДОЛЖНО ЛЕЧИТЬ ЭТО ЛЕКАРСТВО. ДЛЯ SKQ1 ЭТИМ ПОКАЗАНИЕМ ВООБЩЕ-ТО ЯВЛЯЕТСЯ СТАРЕНИЕ. НО ТАКОЙ БОЛЕЗНИ НЕТ В МЕДИЦИНСКИХ СПРАВОЧНИКАХ.

Так что же, вынуть колбу из холодильника и выкинуть? Не торопитесь. Если вещество замедляет процессы старения, то оно должно быть полезно при борьбе со старческими болезнями. Кроме того, не будем забывать о главном свойстве вещества — оно нейтрализует свободные радикалы, вырабатываемые митохондриями. Старение — старением, но для многих «классических» болезней уже доказано, что АФК из митохондрий играют ключевую роль в нанесении вреда организму. То есть можно попытаться доказать, что SkQ1 лечит какое-то определенное старческое заболевание, и таким образом превратить бурое вещество в колбе в нормальное лекарство, которое можно по рецепту врача купить в аптеке. А вот после этого надо очень внимательно следить за тем, что происходит с пациентами, принимающими SkQ1 в качестве лекарства. Согласно нашей гипотезе, у них должны медленнее развиваться разные признаки старения, реже возникать возрастные заболевания и т. д. Но формально все это — как бы приятный побочный эффект действия «нормального» лекарства от «нормальной» болезни.

Как ни странно, описанный выше сценарий — это единственный способ легально обеспечить человека чудо-веществом, прерывающим программу старения. Поэтому ученому придется сменить свитер и джинсы на приличный костюм, в котором он ездит на конференции, и отправиться… на поиски денег для его проекта.

Итак, мы выяснили, что для того чтобы проверить простую гипотезу — а не замедляет ли SkQ1 процесс старения человека? — нам нужно сделать из SkQ1 какое-то лекарство. Это крайне ответственное решение, поскольку а) лекарства — они, как говорит М.М. Жванецкий, «для внутреннего употребления», т. е. надо исключить возможность любых неприятных побочных эффектов, б) в современном мире создание нового лекарства стоит уйму денег и занимает очень много времени. Правда, если вам сопутствует успех и лекарство выходит на фармацевтический рынок, то оно может принести гигантские прибыли, что, в свою очередь, привлекательно для потенциальных инвесторов. То есть теоретически возможно найти рискового человека, готового вложить десяток-другой миллионов долларов и ждать возврата своих денег лет 10–15. Но далеко не каждый ученый рискнет взять на себя ответственность за подобный проект.

Мы решили попробовать. Правда, мы не бросились сломя голову создавать лекарство, а сначала потратили несколько лет на проверку нашей гипотезы в опытах с животными. С ними все проще, и для исследований не нужно регистрировать никаких лекарств. Можно просто давать им вещество, растворенное в воде. И стареют они не десятки лет, а в случае мышей и крыс всего 2–3 года. Собственно, схема эксперимента довольно проста — с «младых когтей» начинаем давать животным SkQ1 и смотрим, с какой скоростью они стареют по сравнению с контрольной группой, которой SkQ1 не досталось. Однако такой опыт все равно занимает несколько лет, и пока он шел, мы проводили другие исследования свойств этого необычного вещества — митохондриально-адресованного антиоксиданта SkQ1. Подробнее результаты этих экспериментов «первой волны» описаны во второй части книги, разделы II.7.1-11.7.3. Здесь же мы приведем лишь краткое резюме. В двух словах: всё более-менее, как иногда все же бывает в биологии, подтвердилось. Ионы Скулачева SkQ1

а) проникали сквозь искусственные и биологические мембраны,

б) накапливались в митохондриях, эффективно защищая их от свободных радикалов,

в) спасали клетки от апоптозной гибели, вызываемой свободными радикалами,

г) защищали отдельные органы: сердце, мозг, почки — от все того же окислительного повреждения,

д) продлевали жизнь самым разным животным, включая млекопитающих, а также грибам и растениям и, что самое важное — задерживали развитие у них целого букета старческих болезней.

Не можем удержаться, чтобы не привести самый первый яркий результат проекта. Он был получен в С.-Петербурге в лаборатории главного геронтолога-экспериментатора нашей страны В.Н. Анисимова, президента Российского геронтологического общества. Опыт был поставлен на линии мышей SHR, живущей относительно недолго — около двух лет. При этом животные содержались в т. н. конвенциональном виварии. В нем не проводились процедуры стерилизации воздуха, воды и еды и, как следствие, мыши были подвержены естественным инфекционным заболеваниям, свойственным этим грызунам. И опытные, и контрольные животные просто жили своей жизнью и в конце концов умирали от старости. Единственное отличие — в опытных группах в питьевую воду мышей начиная с самого раннего возраста подмешивались небольшие количества SkQ1. Результаты двух независимых опытов суммированы на рис. 7 (проф. В.Н. Анисимов настоял на запуске повторного опыта, когда через полгода после начала работы увидел, насколько отличаются опытная (с SkQ) и контрольная группы).

Этот результат был впоследствии повторен на других линиях мышей и крыс, в других условиях — подробнее см. вторую часть, разделы 7.2 и 7.3. Здесь же мы хотим обратить внимание на формы кривых с SkQ. Сами эти кривые отражают, какой процент мышей был жив в каждой группе в каждый момент времени. Как видите, SkQ не удалось как-то принципиально увеличить максимальную продолжительность жизни мышей SHR — процентов на 10–15, что вполне может быть в пределах погрешности эксперимента. Но! Заметьте, как резко увеличилось количество (процент) мышей, доживших до преклонного возраста (500–600 дней). Практически в 2 раза. Расчеты показывают, что SkQ удвоил среднюю (медианную) продолжительность жизни этих животных. Причина такого продления жизни становится очевидна, если просто взглянуть на фотографии контрольных животных и мышей, получавших SkQ с раннего детства (рис. 7). В весьма преклонные 630 дней (ориентировочно это соответствует 70–80 годам у человека) контрольные животные «выглядели на свой возраст» — они лысели, горбились из-за искривления позвоночника, они гораздо чаще болели инфекционными заболеваниями, теряли усы (это признак, означающий, что мышь уже не способна к размножению). Потрясающий результат заключается в том, что ничего из вышеперечисленного не происходило практически ни с одной из мышей, получавших SkQ! С помощью достаточно простого анализа сотрудники проф. Анисимова отслеживали способность мышей к размножению (анализировали регулярность т. н. эстральных циклов самок). К 500-м дням жизни более половины контрольных самок имели нерегулярный цикл, в то время как подавляющий процент животных в SkQ-шных группах сохранял этот цикл, а, следовательно, и способность к размножению. Это значит, что, не продлив принципиально максимальную продолжительность жизни, SkQ в 2 раза увеличил период молодости животных. Если это спроецировать на человека (надо понимать, что это очень смелое предположение — мы все-таки не мыши, хотя тоже млекопитающие), то получается, что SkQ не увеличит максимально возможную продолжительность жизни — долгожители будут жить до 100–120 лет, как и сейчас. Но вот в 60-70-80 лет, они будут выглядеть и чувствовать себя как 30-40-летние. Продлится период молодости и, соответственно, сократится старость. Ясно, что такой вариант гораздо предпочтительней просто увеличения срока жизни за счет продления старости. Эффекты SkQ, обнаруженные в теперь уже далеком 2008 году группой В.Н. Анисимова, впоследствии подтвердились в других лабораториях. Теперь мы даже знаем многие биохимические и физиологические механизмы, лежащие в основе этих эффектов. Подробнее об этом читайте во второй части книги, а самые последние результаты — на сайте книги в интернете —

Рис. 7. SkQ1 увеличивает продолжительность жизни мышей. Общее число животных: 200 самок мышей. Сверху - кривые выживания. Снизу — внешний вид мыши, получавшей SkQ1 (справа) и не получавшей SkQ1. Возраст — 630 дней. Доза SkQ1 — 0,5 нмоль/кг веса в день с питьевой водой в течение всей жизни животного. [По В.П. Анисимову и др.].

Параллельно с работой по исследованию геропротекторного действия SkQ была неожиданно решена и еще одна важная задача, которую в нашей команде формулировали следующим образом: «а что, собственно, лечим?» Как вы помните, у лекарства должно быть четко определенное показание к применению — болезнь, которую оно призвано лечить. SkQ1 задумывался как лекарство от всех старческих болезней разом. Но ни один врач и тем более Министерство здравоохранения даже разговаривать не будет с изобретателями панацеи. Нам ни в коем случае нельзя было ошибиться с выбором первого показания к терапевтическому применению нашего вещества.

Помощь, как это часто бывает в русской истории, пришла из Сибири. А точнее, из знаменитого новосибирского Академгородка. Там работы с SkQ1 были поручены группе профессора Натальи Гориславовны Колосовой из Института цитологии и генетики РАН. Дело в том, что в ее распоряжении была уникальная линия крыс OXYS, которые стареют гораздо быстрее обычных крыс. Это позволяет здорово сократить продолжительность эксперимента. Все-таки ждать обещанного три года — это многовато для старта инвестиционного проекта. У крыс OXYS уже к трехмесячному возрасту развиваются тяжелые старческие патологии зрения — катаракта и дистрофия сетчатки. А к полутора годам они просто слепнут. Конечно, крысы сами об этом сказать не могут, но факт их слепоты можно зафиксировать опытным путем — например, регистрируя электрический импульс, который должен возникать на сетчатке глаза животных в ответ на вспышку света (рис. 8).

Рис. 8. Лечебное действие капель SkQ1 на катаракту и ретинопатию у крыс. Лечение начинали, когда крысе было 9 мес., и проводили в течение 52 дней.

Как видите, к 24 месяцам жизни у этих крыс электрический сигнал с сетчатки практически исчез (по сравнению с трех месячными молодыми животными), а прием SkQ1 с пищей полностью предотвратил это исчезновение, и сетчатка продолжала генерировать импульсы в ответ на вспышку света.

С другой стороны, опытный офтальмолог может увидеть помутнение хрусталика (признак катаракты) и нарушение структуры глазного дна (признак дистрофии сетчатки — ретинопатии) при помощи офтальмоскопии — то есть неинвазивного, прижизненного осмотра животного. Это было сделано с крысами OXYS, принимавшими с полуторамесячного возраста SkQ1 с пищей. Каково же было наше приятное изумление, когда ни к трем, ни к десяти, ни даже к двадцати четырем месяцам эти старческие глазные болезни у крыс OXYS вообще не развились!

Пожалуй, это был самый яркий, да к тому же еще и самый первый эффект SkQ1 на развитие старческих болезней, обнаруженный нами у животных. Кроме того, он давал возможность сделать один «ход конем». А что если для лечения катаракты и дистрофии сетчатки можно не кормить животных, а капать SkQ1 им прямо в глаза? С точки зрения фармакологии это гораздо более доступный и простой способ применения вещества. Да и процесс разработки такого лекарства занимает меньше времени, чем разработка любой «таблетки» — все-таки местное применение, нет воздействия нового вещества на весь организм, меньше нужно тестов на безопасность и т. п. Мы подготовили несколько вариантов «глазных капель» на основе SkQ1, отправили их в Новосибирск, скрестили пальцы, сжали кулаки и закусили губы, ожидая результатов эксперимента. И нам опять повезло! Через пару месяцев раздался звонок из Новосибирска. «Владимир Петрович, — начала свое сообщение Наталья Гориславовна, — результаты просто неприличные…». Оказалось, что закапывание капель с SkQ1 в глаза пожилым животным приводило… к уменьшению катаракты и восстановлению нормального состояния глазного дна у взрослых крыс OXYS, которые уже начали слепнуть.

На рис. 8 приведены результаты этого эксперимента. Видно, что оптимальная концентрация SkQ1 в глазных каплях (0,25 микромоль, т. е. 155 микрограмм на литр) за полтора месяца излечивала катаракту и ретинопатию у крыс OXYS.

«ЦИКЛ ИЗ 5 СТАТЕЙ В «БИОХИМИИ» ОБ ИЗЛЕЧЕНИИ СТАРЧЕСКИХ БОЛЕЗНЕЙ С ПОМОЩЬЮ SKQ, ЧИТАЛСЯ КАК РОМАН, А ПОСЛЕДНЮЮ ЧАСТЬ О ВОЗВРАЩЕНИИ ЗРЕНИЯ СОБАКАМ Я НЕ МОГЛА ЧИТАТЬ БЕЗ СЛЕЗ».

Президент

Шведской Королевской академии наук профессор Барбара Кэннон

Вот так в результате счастливого стечения обстоятельств возник «подпроект» внутри нашего проекта — создание глазных капель на основе нового вещества SkQ1 с небывалой функцией — прерывателя программы старения.

Надо упомянуть еще об одной работе, которая укрепила нашу решимость сделать первым лекарством на основе ионов Скулачева именно глазные капли. Мы рассказали результаты экспериментов в Новосибирске на нашем семинаре проекта в МГУ. Опять же по счастливому стечению обстоятельств на этом семинаре присутствовала профессор Лариса Федоровна Сотникова — ветеринар-офтапьмолог (редкая профессия!) из Московской ветеринарной академии им. К.И. Скрябина. Она крайне заинтересовалась результатами новосибирских коллег и предложила провести у себя в академии клинические исследования препарата на своих четвероногих пациентах — собаках, кошках и лошадях, страдающих от различных глазных болезней. Руководство проекта поддержало это предложение, и Лариса Федоровна со своими коллегами развернула широкомасштабные исследования препарата.

К тому времени капли уже получили официальное название Визомитин, от «визо» — зрение, «митин» — от митохондрии. Вначале визомитин применялся только в безнадежных случаях. То есть, попросту говоря, на уже ослепших или обреченных на слепоту животных. Результаты не заставили себя ждать, и уже через несколько месяцев из Ветеринарной академии стали поступать сообщения о поразительном действии капель на глаза домашних питомцев. Мы были настолько потрясены полученными результатами, что озаглавили нашу общую с ветакадемией научную статью, в которой впервые было объявлено о положительном действии SkQ1 на глаза: «SkQ1 возвращает зрение животным, ослепшим от старческих болезней глаз». Эту статью в журнале «Биохимия» прочитала президент Шведской Королевской академии наук профессор Барбара Кэннон. Когда Владимир Петрович спросил ее мнение о нашей работе, она сказала, что весь цикл из 5 наших статей в «Биохимии» читался как роман, а последнюю часть о возвращении зрения собакам она не могла читать без слез. Не исключено, что этот эпизод повлиял на ее решение присоединиться к нашему проекту и провести исследование действия SkQ1 на уникальных генетически модифицированных мышах, выведенных в Стокгольмском Каролинском институте для изучения ускоренного старения.

Так или иначе, на данный момент капли Визомитин позволили вернуть зрение сотням домашних животных. Наш проект еще не закончен, но уже один этот результат оправдывает, на наш взгляд, все потраченные усилия и средства.

Успехи применения SkQ1 в виде глазных капель на животных позволили наконец начать клинические исследования на людях. Это тоже был крайне волнующий для нас момент. Считаным единицам биохимиков и молекулярных биологов суждено увидеть, как их разработки доходят до «конечного адресата» — человека. Все-таки современные ученые слишком специализированы, «бесконечно далеки от народа». Но, с другой стороны, мы никогда не забывали своей главной цели — проверить экспериментально, что старение человека можно замедлить при помощи митохондриальных антиоксидантов класса SkQ. А для этого рано или поздно нужно было начать клинические исследования на людях-добровольцах.

Забегая вперед, скажем, что первые клинические исследования визомитина как средства от синдрома сухого глаза у людей увенчались успехом.

I. 7.4. Как мы взялись лечить неизлечимую болезнь — синдром сухого глаза

Говорят, что гериатры (так называют врачей — специалистов по старению), собравшись на товарищеский ужин, первый тост поднимают «за успех нашего безнадежного дела». Нам не нравится такой пессимистический подход. Куда симпатичней название, которое дал своей лучшей книге наш гениальный соотечественник Илья Ильич Мечников: «Этюды оптимизма». Мы попытаемся представить вам историю нашего первого клинического исследования в виде этюда о том, как, используя гипотезу о запрограммированности старения, нам удалось реально помочь пожилым людям в борьбе с одним из мучительных старческих недугов, считавшихся неизлечимыми.

Когда бывший сотрудник нашего института Миша Шерман, ныне американский ученый, узнал о наших намерениях лечить старость, он дал нам дельный совет: «Вылечите одну какую-нибудь неизлечимую старческую болезнь! Тогда, пожалуй, вам кто-нибудь поверит!»

К концу 2009 года (эх, если бы не мировой финансовый кризис, все было бы на год раньше) мы уже собрали достаточное количество доклинических данных (т. е. результатов опытов на животных), свидетельствующих о том, что глазные капли с SkQ1 могут лечить самые разные глазные болезни, связанные с возрастом и окислительным стрессом. В Новосибирске группа Н.Г. Колосовой провела прекрасные эксперименты по дистрофии сетчатки и катаракте, она же в сотрудничестве НИИ глазных болезней им. Гельмгольца обнаружила, что ее крысы OXYS в весьма раннем возрасте начинают страдать от синдрома сухого глаза, вызываемого дегенерацией слезной железы. В Москве в лаборатории выдающегося офтальмолога профессора В.П. Еричева были получены положительные результаты по лечению с помощью SkQ экспериментальной глаукомы у кроликов. И, наконец, в Московской ветеринарной академии была защищена диссертация по лечению с помощью глазных капель с SkQ такой страшной глазной болезни, как аутоиммунное воспаление тканей глаза — увеит. То есть мы были готовы начать клинические (т. е. на людях-добровольцах) исследования по любому из пяти вышеперечисленных показаний.

Государственные органы, выдающие разрешения на регистрацию нового лекарства, а также на проведение новых клинических исследований (в нашей стране это прерогатива Министерства здравоохранения и социального развития, в простонародье — Минздрава), крайне осторожно относятся к новым препаратам. И правильно делают — лекарства могут приносить баснословные прибыли, и слишком велик искус для легких на руку бизнесменов нагреть эти самые руки на не слишком эффективном или небезопасном препарате. Зная это отношение Минздрава, мы решили сначала посоветоваться с его экспертами, какую нам болезнь выбрать для начального этапа исследований или (как мы тогда по наивности рассчитывали) запустить в испытания все сразу? Про одновременный запуск нескольких испытаний нового препарата нам сразу предложили забыть. Для остальных нам задали очень простой вопрос — а при какой болезни препарат предполагает самый короткий курс лечения? Разумеется — при синдроме сухого глаза, когда эффекта можно достичь, просто заживив раны на роговице, на что не должно потребоваться больше трех — четырех недель.

Дополнительных сложностей нам добавила крайне низкая действующая концентрация SkQ в наших каплях. Помня, что вещество может концентрироваться в митохондриях в миллионы раз, мы добавили в капли наноколичества нашего антиоксиданта (как мы рассказали выше — на крысах они вполне сработали). К сожалению, стандартные методы контроля действующих веществ лекарственных препаратов, применяемые лабораториями Минздрава, не позволили достаточно уверенно детектировать SkQ в таких концентрациях.

Для разработки и наладки метода контроля качества нам пришлось покупать в Англии прибор (хроматографический масс-спектрометр особого типа за 300 тыс. фунтов стерлингов), чтобы обнаружить наш SkQ1 в наших же каплях. По счастливому стечению обстоятельств в то же время похожий прибор был закуплен лабораториями при Минздраве, в которых была подтверждена корректность нашей методики и заодно таки обнаружено заявленное количество SkQ в каплях Визомитин.

В результате в качестве первого показания к применению для проведения клинических исследований был выбран «синдром сухого глаза», что нас вполне устроило: болезнь неизлечимая, а имеющиеся лекарства помогают лишь симптоматически, облегчая страдания, но не влияя на причину болезни. Мы собрали соответствующую литературу и выяснили следующее. Во-первых, не существует адекватной модели этой болезни у молодых животных, которые болеют ею только в старости (с возрастом у них, как и у людей, уменьшается количество слезной жидкости и прочность слезной пленки, предотвращающей растекание слезы). Во-вторых, “лечат” болезнь, капая в глаз “слезозаменитель” — раствор какого-нибудь вязкого полисахарида, смачивающий глазное яблоко, когда слез не хватает. Сначала капают раз в день, по мере развития болезни — два, три, четыре раза, а кончают 50 каплями за сутки, причем и эта доза не гарантирует от повреждения оболочки, окружающей глазное яблоко, что угрожает увеитом и слепотой. К счастью, болезнь развивается медленно, поскольку в основе ее — вялотекущий процесс возрастной дегенерации слезных желез, тянущийся годами. “Сухой глаз” — не редкость для офтальмологов. В США насчитывается более 9 млн. больных, в Японии — около 25 млн. Итак, мы начали испытания нашего вещества SkQ1 на людях — с пациентов, страдающих от “сухого глаза”.

Независимо от нас в Японии биолог с редкой для этой страны фамилией Субота (через одно “б”) и его коллеги из Токио опубликовали в 2010 году две работы, посвященные попытке действительно вылечить «сухой глаз». В одной из них шестимесячных крыс ограничивали в пище на 35 % в течение следующих шести месяцев. Годовалые животные контрольной группы ели без ограничений. Кроме того, были изучены молодые (двухмесячные) крысы, также не ограниченные в питании. Как показали результаты опыта, за год жизни у крыс происходят большие дегенеративные изменения в слезных железах. Уменьшается количество клеток-продуцентов слезной жидкости и уровень белков в ней, увеличиваются концентрации окисленного гуанозина и оксиноненаля (продукта перекисного окисления липидов), резко нарушается структура митохондрий в клетках слезных желез. Все эти неблагоприятные эффекты значительно ослабляются (а некоторые — полностью отменяются) ограничением в питании. По-видимому, слезные железы относятся к рано стареющим органам, причем их старение обусловлено окислительным стрессом (о замедлении программы старения и снижении окислительного стресса путем ограничения питания см. раздел II.7.4 во второй части). В том же 2010 году Субота опубликовал результаты опыта, поставленного им на самом себе. Дело в том, что с 1985 года сам японский исследователь страдал тяжелой формой синдрома «сухого глаза» и попытался вылечиться все тем же способом, ограничением питания, которое так помогло животным. В 2001 году он перешел на ограниченное питание. В течение первого года никаких изменений в лучшую сторону не произошло. Но в начале второго года жизни впроголодь наметился устойчивый рост слезообразования, который продолжился и на третий год (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Продукция слезной жидкости в правом (OD) и левом (OS) глазу К.Суботы в период с 1985 по 2008 г. С 2001 г. питание пациента было ограничено до 60% от того уровня, который был в предшествующие годы.

Рис. 8.2. Слезные железы крыс Вистар. А - трехмесячная крыса, Б — двадцатидвухмесячная крыса, В - двадцатидвухмесячная крыса, получавшая с водой 250 нмоль SkQ на кг веса в день с полутора месячного возраста. Электронная микроскопия (по Л.Е. Бакеевой и др.)

Чтобы избавиться от болезненных явлений, Суботе приходилось капать слезозаменитель 50 раз в сутки до 2008 года, а в 2009 году — только два раза. Субота, окрыленный успехом, основал Японское общество борьбы с синдромом «сухого глаза» и заявил, что “в недалеком будущем этот тяжелый недуг будет рассматриваться как болезнь, поддающаяся лечению”.

В отдельном разделе второй части книги (11.7.4) мы специально рассмотрим сходство эффектов нашего SkQ1 и ограничения питания. Вот почему это сходство обнадеживало нас при планировании первых клинических испытаний SkQ1. Параллельно мы проверили действие SkQ1 на старение крысиных слезных желез. Результаты электронно-микроскопического исследования, проведенного у нас Л.Е. Бакеевой и В.Б. Сапруновой, показаны на рис. 8.2.

На этих микрофотографиях видна массовая деградация секреторных клеток у 22-месячной крысы по сравнению с 3-месячной. Деградации не наблюдается, если животное получало с пищей SkQ1.

А вот на рис. 9 показан один из результатов клинического исследования капель SkQ1, проведенного в московском Институте им. Гельмгольца на больных синдромом "сухого глаза".

Видно, что в 60 % случаев трехнедельный курс SkQ1 привел к полному исчезновению симптомов болезни. Контрольная группа больных получала весьма популярное средство — “слеза натуральная” одной западной фирмы (если честно, то вполне искусственная смесь, содержащая вязкие полимеры), которое оказалось эффективным только в 20 % случаев. Характер зависимости эффекта SkQ1 от времени ясно показывает, что 60 % за три недели — не предел и можно надеяться на еще больший процент при более длительном лечении. Однако уже ясно, что SkQ1 действует куда быстрее ограничения питания в опыте, поставленном на себе Суботой.

Судя по данным электронной микроскопии, в случае SkQ1, как и в случае ограничения питания, мы имеем дело с истинным лечением слезных желез, а не с попыткой заменить слезы чем-то искусственным. Последнее обстоятельство имеет важнейшее значение, так как слезы, безусловно, выполняют, помимо “смазки”, еще и множество других функций, жизненно важных для глаза. В настоящее время мы проводим более длительные клинические испытания капель SkQ1 (“Визомитин”) в 10 клиниках России и Украины.

Хотелось бы предупредить читателя, если он уже собирается в ближайшую аптеку. Несмотря на положительный результат в первых клинических исследованиях и регистрацию препарата в России как полноценного лекарственного средства, работа еще только начата. Визомитин — это рецептурный препарат, который должен быть назначен врачом. Это сделано не потому, что у него обнаружены какие-то тяжелые побочные эффекты — пока (тьфу-тьфу) вообще никаких неблагоприятных явлений при его применении зарегистрировано не было. Просто любой принципиально новый препарат поначалу должен отпускаться только по рецепту. А визомитин — это не просто новое лекарство, а препарат, который вообще не имеет аналогов нигде в мире. Сейчас можно смело утверждать, что в кои-то веки России удалось обогнать других в такой «продвинутой» области, как фармацевтика. Привет вам, транснациональные фармакологические гиганты! Россия вас обошла!

Рис. 10. Сравнение глазных капель «Визомитин», содержащих 250 нМ SkQl, и капель «Слеза натуральная» в клинических испытаниях на пациентах, страдающих от синдрома «сухого глаза». (Данные Е.В. Яни и сотрудников).

Продолжая исследования визомитина, мы стремимся вписать как можно больше старческих болезней в инструкцию по применению нашего препарата. Пока в ней только одно такое заболевание — синдром сухого глаза. Хотя нельзя исключить, что, когда вы читаете эти строки, уже добавлено еще какое-то. Все-таки процесс издания книги тоже занимает некоторое время, а мы работаем не покладая рук. По остальным показаниям мы продолжаем вести клинические исследования и очень надеемся на успех с такими страшными болезнями, как катаракта, глаукома, дистрофия сетчатки, увеит. По всем этим заболеваниям есть обнадеживающие результаты на животных: мышах, крысах, кроликах, кошках, собаках и лошадях. Однако глаз человека устроен немного по-другому, и мы не можем заранее гарантировать такую же эффективность визомитина на людях. Хотя, если он сработает хотя бы на 10 % так же здорово, как на животных, — это уже будет несомненная сенсация в офтальмологии.

1.7.5. А все ж таки что там со старением?

Читатель вправе задаться вопросом: глазные капли, первое русское лекарство, победа над старческой болезнью, считавшейся до этого неизлечимой — это, конечно, замечательно. Наверняка инвесторы вашего проекта довольны, готовятся «стричь купоны», и все у вас хорошо. Но вообще-то вы обещали разобраться с процессом старения человека, а он, человек, состоит не только из глаз, но еще и из других органов и тканей.

Должны вас успокоить — никто от своих обещаний не отказывается. И, кстати, это довольно неприятный факт для тех самых инвесторов, потому что в ближайшее время никаких особых прибылей у них не ожидается. Каждый заработанный на каплях визомитин рубль, а в скором времени, глядишь, и доллар с евро и фунтом, пойдут на дальнейшую борьбу и активные исследования, создание препарата системного действия — «таблетки от старости» с SkQ1. Хотя, может быть, инвесторы не так уж и против. Проект постепенно выходит на самофинансирование, больше денег вкладывать не нужно, а в конце… владеть единственной в мире компанией, продающей научно обоснованное лекарство от старости, — не это ли сокровенная мечта каждого биотех-инвестора?

Многое бы мы отдали за то, чтобы уже сегодня написать, что клинические исследования таблетки с SkQ1 прошли так же успешно, как и глазных капель визомитин, и вы можете и их тоже купить в аптеке. Надеемся, что через несколько лет в новом издании этой книги так и будет написано. Но пока что мы только начинаем клинические исследования нашего «препарата системного действия», предназначенного для внутреннего употребления. Кстати, у него уже есть рабочее название — «Пластомитин». «Пласто» — от названия растительного антиоксиданта пластохинона, входящего в состав формулы SkQ1, а «митин» — от слова «митохондрия».

Вначале мы надеемся показать его эффективность при нескольких старческих болезнях, а потом в результате наблюдения за применением препарата выяснить, замедляет ли он биологическое старение человека. Для строгого доказательства последнего сейчас даже нет сколько-нибудь надежных методов. Но мы уверены, что они будут разработаны ко времени начала широкого применения пластомитина. У нас есть еще несколько лет, а биология старения стала во всем мире активно изучаемой наукой. Чем-то это напоминает историю космического аппарата «Вояджер»: в момент его запуска мощности компьютеров и математического инструментария не хватало на просчет траектории его полета. Однако через 30 лет, когда он достиг планет-гигантов, математика и кибернетика настолько продвинулись, что ученые смогли произвести расчет, как именно «Вояджеру» нужно скорректировать свою траекторию, чтобы не упасть на Юпитер, а наоборот, использовать его тяготение для разгона, позволяющего аппарату достичь самых дальних планет Солнечной системы, а потом даже покинуть ее.

«Замечательно!» — скажет все тот же требовательный читатель. То есть теперь выясняется, что нам придется лет 30 ждать, пока вы зарегистрируете препарат, разработаете метод определения его действия на человека и соберете статистику применения? Доживем ли?

30 лет, вероятно, ждать не придется, но лет 5–7 еще нужно. Но закрывать книгу и откладывать действия по отдалению старости на 5 лет не стоит.

Как предсказать эффективность действия лекарства на человека до проведения клинических исследований? Хороший способ — сравнить его действие на животных с уже известными лекарствами от той же болезни. Если результаты совпадут, то есть неплохие шансы, что и на человеке ваше лекарство сработает. Но где взять лекарство от старости, чтобы сравнивать с ним SkQ1? Да, таких лекарств не существует, но ученым уже известно несколько способов замедлить старение и увеличить продолжительность жизни животных. Правда, все они довольно суровые: ограничение питания, постоянная тяжелая физическая нагрузка и определенная генетическая модификация митохондрий.

Как вы помните из главы 1.5, процесс старения таких излюбленных учеными лабораторных животных, как мыши и крысы, можно замедлить ограничением питания. «Недокормленные» животные жили дольше, и, что самое главное, у них позже начинали развиваться многие признаки старения — от возрастного падения иммунитета до старческого снижения подвижности и исследовательской активности. Невероятно, но факт — SkQ1 действует на животных практически так же! То есть он замедляет развитие тех же признаков, что и ограничение питания, хотя животные при этом не едят меньше. Этому наблюдению даже посвящена отдельная обзорная статья участников нашего проекта в международном научном журнале «Aging» {Albany, N.Y.).

Ранее считалось, что ограничение питания продлевает жизнь просто потому, что в организм поступает меньше питательных веществ, замедляется его метаболизм, меньше образуется всяких вредных побочных продуктов жизнедеятельности (например, свободных радикалов), вот животное и живет дольше. То есть все его существование делается как бы более вялым, зато длится такая унылая жизнь дольше, чем обычная. Так вот, ничего подобного. «Слегка голодающие» мыши, крысы и мухи гораздо активнее своих сытых сородичей. Такое впечатление, что они переходят в какой-то турборежим, как только их организм начинает жить впроголодь. Понятен биологический смысл этого феномена: почувствовав недостаток пищи, организм животного «понимает», что шутки кончились, — встает вопрос о выживании популяции или даже всего вида. В такой момент уже не до всяких изощренных механизмов ускорения эволюции, да еще таких затратных, как старение: если все сдохнут от голода, то эволюционировать уже будет некому. И где-то внутри организма нажимается какая-то турбокнопка и… старение временно отключается, чтобы повысить КПД организма, а значит, и шансы на нахождение еды.

ПРИ НЕДОСТАТКЕ ПИЩИ ВНУТРИ ОРГАНИЗМА ВКЛЮЧАЕТСЯ ТУРБОКНОПКА, КОТОРАЯ ВРЕМЕННО ОТКЛЮЧАЕТ СТАРЕНИЕ. ТОЧНО ТАК ЖЕ ДЕЙСТВУЕТ SKQ1.

Вышеизложенные соображения частично подтверждаются тем, что на фоне ограничения питания активизируется физическая активность животных. И это понятно — еду искать надо! Вероятно, неудивительно, что и сама по себе физическая нагрузка существенно продлевает жизнь как животным, так и человеку.

Действие SkQ1 было изучено Барбарой Кэннон и ее сотрудниками из Шведской Королевской академии наук на линии ускоренно стареющих мышей в Стокгольмском университете. Эти мыши несут единственную мутацию в гене, отвечающем за качество работы митохондрий. Мутация вредная, митохондрии работают хуже, чем в норме, и мыши стареют раза в три быстрее, чем обычные: мутанты не доживают до одного года. Это общепризнанная и удобная модель старения, позволяющая в три раза сократить продолжительность экспериментов по старению, что совсем немало. Кстати, факт ускоренного старения этих мышей с митохондриальными мутациями косвенно, но наглядно свидетельствует о ключевой роли митохондрий в процессе старения организма. Было известно, что постоянная физическая нагрузка продлевает жизнь и улучшает по многим признакам состояние этих мутантных мышей (при желании подробнее прочитайте об этом в части II, раздел 11.7.5). К радости профессора Кэннон и всех остальных участников нашего проекта, SkQ1 оказал точно такое же действие на несчастных мутантов.

Для чистоты эксперимента скрупулезные шведы шифровали опытную и контрольную группы животных, чтобы сотрудники, которые следят за их состоянием, объективно его оценивали. Есть такое непреложное правило, несмотря на то, что мыши не могут знать, что они получают — «пустышку» или препарат, ученые все равно гораздо больше любят опытную группу животных, а не контрольную… а те, вероятно, как-то это чувствуют. Через некоторое время, когда контрольная группа начала стареть, сотрудники доложили Кэннон, что можно уже не возиться с кодированием — две группы мышей настолько разительно отличаются по поведению и внешним признакам, что даже неспециалисту понятно, где опытная группа с SkQ1, а где — несчастный контроль (см. рис. 7 на с. 103)

Кадры съемок в виварии Стокгольмского университета обошли сейчас, наверное, все российские каналы. Две мыши, сестры из одного помета, в возрасте более 250 дней. Контрольная сидит неподвижно, ее сил едва хватает на поддержание температуры собственного тела — куда уж тут двигаться. Через несколько недель она умрет от старости. Получавшая SkQ1 «подопытная» весело бегает по клетке и совершенно не собирается стареть. Как потом выяснилось, она прожила существенно больше года, хотя обычно этим мутантам так и не удается отпраздновать свой первый день рождения.

ДЕЙСТВИЕ SKQ1 ПОХОЖЕ НА ТРИ ДРУГИХ ИЗВЕСТНЫХ СПОСОБА ПРОДЛЕНИЯ ЖИЗНИ! ОГРАНИЧЕНИЕ ПИТАНИЯ, УСИЛЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ МИТОХОНДРИИ.

В части II, разделы II.7.4-II.7.6 проведено прямое сравнение действия SkQ1 с эффектом ограничения питания, физической нагрузки и еще одним способом замедления старения, связанным с генетической модификацией митохондрий животных. Оказалось, что во многих случаях SkQ1 действует очень похоже на три других способа продления жизни.