Л.В. Яковенко
Запоследние несколько тысяч лет средняя продолжительность жизни медленно, нонеуклонно увеличивалась, в основном за счет улучшения качества жизни и успеховмедицины. Во времена Римской империи средняя продолжительность жизни составлялаоколо 25 лет. В Средние века она достигла 35, а в начале XХ в. – 55 лет.Сегодня средняя продолжительность жизни в США превысила 70 лет, и за последнеедесятилетие число людей, проживших более 100 лет, удвоилось. По прогнозам бюропереписи населения США, в течение следующих 50 лет число долгожителей, перешагнувшихстолетний рубеж, вырастет более чем в 10 раз без каких-либо серьезных усилий состороны ученых.
Финансированиеисследований, направленных на борьбу со старением, год от года увеличиваетсякак со стороны государства, так и со стороны частного сектора. Национальныйинститут здоровья США (NIH), ежегодно распределяющий бюджет в 27 млрд долл., в 1974 г. сформировал дочернюю организацию Национальный институт старения (NIA). Эта организацияежегодно тратит более 1 млрд долл. на исследования в области геронтологии.
Занимаясьпроблемами геронтологии, множество ученых в США и Японии изучают семьидолгожителей, а также долгожителей-близнецов, пытаясь локализовать и изучитьгены старения, так называемые геронтогены. Группа ученых Бостонскогоуниверситета (США) занимается поиском геронтогенов у долгожителей Новой Англии.Томас Перлс, руководитель группы, считает, что за старение отвечает всего околодесятка генов, и в скором времени их расположение станет известно.
Внастоящее время существует более 300 теорий старения, что само по себе говорито сложности и многогранности этого явления, механизм которого до сих поростается загадкой. Старение эукариот сопровождается тремя основными взаимосвязаннымипроцессами: прогрессивным и неоднородным изменением структуры хромосом, начинаяс момента достижения взрослого состояния; прогрессивным и неоднороднымнарушением функций систем деградации в клетках; изменяющейся с возрастомпосттрансляционной модификацией белков. Все теории в той или иной мере включаютв себя механизмы этих процессов. Большинство теорий может быть отнесено кодному из двух классов, основанных на предположении либо о существованиипрограммы старения организма, либо о накоплении повреждений и износе организма.
Примеромреализации программы старения являются известные синдромы преждевременногостарения: прогерия (синдром Хатчинсона–Гилфорда) и синдром Вернера. Обе болезниимеют генетическую основу и передаются по наследству. Уже описаны гены, отвечающиеза эти болезни, и разрабатываются терапевтические методы их лечения. Не могутли быть общими механизмы естественного старения и этих заболеваний? Иначеговоря, не является ли старение замедленным вариантом этих заболеваний? Возможно,вместо испытанной временем стратегии предотвращения процессов старения следуетперейти к лечению стареющих организмов.
Также как некоторые операционные системы, используемые в компьютерах, со временемначинают работать медленнее, а через какое-то время дают сбои в результате«засорения» реестра, организм утрачивает способность к самовосстановлению.«Засорение» реестра операционных систем начинается еще во время первойинсталляции, а старение организма на молекулярном уровне начинается с моментаоплодотворения яйцеклетки. Различные внешние и внутренние процессы приводят кповреждению и мутациям ДНК, модификации белков, жиров и углеводов в клетках.Накопление этих повреждений приводит к физической смерти клеток и деградациитканей организма. Уже к моменту рождения в клетках человека накапливаетсяогромное количество всевозможных повреждений.
Однойиз самых популярных теорий старения является свободнорадикальная теория. Впроцессе синтеза АТФ, происходящего в митохондриях, вырабатываются свободныерадикалы кислорода. Они обладают чрезвычайно высокой реакционной способностью, вследствиечего повреждают практически все системы, с которыми вступают в контакт. Еслизащитные механизмы клетки не справляются с их нейтрализацией, свободныерадикалы повреждают митохондриальную ДНК, что со временем приводит к деградациии гибели клетки. Защитить клетки от повреждающего действия активных формкислорода могут антиоксиданты.
Этатеория послужила основой для развития за последние два десятилетия целойиндустрии пищевых добавок. Миллионы людей ежедневно употребляют антиоксиданты внадежде замедлить процесс старения. Но ключ к решению проблемы свободныхрадикалов находится в наших генах.
Некоторыморганизмам не нужны пищевые добавки, чтобы успешно бороться со свободными радикалами.Например, у птиц метаболизм, особенно во время полёта, значительно интенсивнее,а уровень свободных радикалов значительно выше, чем у мышей. Несмотря на это, многиевиды птиц живут во много раз дольше мышей. Как выяснилось совсем недавно, угрызунов-долгожителей, голых землекопов (Heterocephalus glaber), которые вневоле достигают 20-летнего возраста, уровень свободных радикалов такжезначительно выше, чем у мышей, а классические механизмы их нейтрализацииработают гораздо хуже. Возможно, механизмы защиты и восстановлениямитохондриальной ДНК в защите от старения играют большую роль, чемнейтрализация свободных радикалов.
Однакостарение сопровождается и процессами, не связанными с участием свободныхрадикалов. Так, например, при пересадке ядер старой клетки в юную и наоборот, возрастполученных гибридных клеток совпадает с возрастом пересаженного ядра.
Нескольколет назад Синтия Кенион из Калифорнийского университета получила мутантовкруглого червя C.elegans, живущих более чем в два раза дольше обычного. Онаобнаружила сразу несколько генов, участвующих в сигнальной цепочкеинсулин–IGF1. Изменение уровня экспрессии отдельных генов в этой цепочкеприводит к включению различных защитных механизмов и к значительному увеличениюпродолжительности жизни у червей, мух и мышей.
Ещеодна популярная теория старения – теория укорачивания теломер хромосом. Скаждым делением теломеры соматических клеток укорачиваются, и послеопределенного количества делений, названного пределом Хайфлика, клетка перестаетделиться. Кэрол Грайдер из медицинского института Джона Хопкинса совместно сдругими исследователями открыла белок (теломеразу), восстанавливающий теломеры.Экспрессия теломеразы в клетках приводит к клеточному бессмертию. Однако наданный момент использование теломеразы для продления жизни человека невозможно,т.к. бесконечно делящиеся клетки становятся раковыми. За свою работу КэролГрайдер была награждена премией Ласкера, считающейся американским эквивалентомНобелевской премии. Заметим, что первым ученым, объяснившим существованиепредела Хейфлика, был российский геронтолог А.М. Оловников, предложившийтеломерную гипотезу еще в 1970-х гг.
Большинствочитателей наверняка слышали про стволовые клетки, из которых формируются клеткитканей организма. Стволовые клетки вырабатываются в организме на протяжениивсей его жизни, занимая место по-врежденных или умерших клеток. Именнокроветворные стволовые клетки ежедневно дают начало миллиардам клеток крови, продолжительностьжизни которых всего около недели.
Однойиз главных проблем, связанных со старением организма, является старение мозга.Вопреки мнению, что нервная система не восстанавливается, стволовые клетки, дающиеначало нейронам и глиальным клеткам, вырабатываются сразу в нескольких частяхмозга на протяжении всей жизни. Но в возрасте около 40 лет количество стволовыхклеток, приходящих на замену изношенным и поврежденным клеткам, уменьшается, иорганизм деградирует. За последние десять лет было открыто несколько механизмоврегуляции скорости деления и передвижения стволовых клеток в тканях мозга, использованиекоторых, возможно, позволит решить проблему старения мозга.
Однимииз самых перспективных являются мезенхимальные стволовые клетки, культуракоторых впервые была получена советским ученым A.Я. Фриденштейном в 1970-х гг.Особенность этих клеток заключается в том, что они не только вырабатываютсяорганизмом на протяжении всей жизни, но и могут сами распознавать повреждения ипревращаться в клетки многих видов тканей. Три года назад ученые компанииOsiris Therapeutics совместно с учеными университета Джона Хопкинса провелисерию экспериментов по использованию этих клеток. После искусственно вызванногоинфаркта мезенхимальные клетки, введенные свиньям, обнаруживали и исправлялипо-вреждения сердечной мышцы.
Давноизвестно, что подпороговые воздействия стрессовых факторов могут приводить кулучшению физиологического состояния организма и увеличению продолжительностижизни – явление, получившее название гормезиса. Несколько лет назад гидробиологB.B. Зюганов заметил, что у лососей, зараженных личинкой жемчужницы, программаускоренного старения после нереста не включается, и лососи живут намного дольшеобычного. Поскольку включение программы старения обусловлено наличиемопределенных белков, то, если эти наблюдения верны, существует вероятность, чтобелки, вырабатываемые паразитом, можно будет использовать для продления жизнилосося, а сходные с ними белки смогут продлить и жизнь человека.
Увеличениепродолжительности жизни в результате голодания было отмечено у многихорганизмов еще много веков назад. Моль, черви, летучие мыши и многие другиеорганизмы при недостатке пищи живут намного дольше, чем при нормальной диете.Используя этот подход, Леонард Гуаренте, профессор Массачусетскоготехнологического института, получил мутантный штамм дрожжей, живущих внесколько раз дольше обычных. Затем, проводя эксперименты на мышах, он тожеобнаружил значительное увеличение продолжительности их жизни при голодании.Сейчас уже можно сказать, что новое направление в науке – биогеронтология, котораясможет, наконец, предложить эффективные способы облегчения бремени большогоколичества прожитых лет, достигла стадии зрелости. Несколько интересных новыхоткрытий молекулярной биологии, связанных с процессами старения, остались внерамок настоящей статьи и заслуживают отдельного рассмотрения.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта bio.1september.ru