Старение запрограмированно в клетках

Старение запрограмированно в клеткахВ чем состоит процесс старения? В прошлом было простительно думать, что наш организм просто изнашивается в результате тягот повседневной жизни. Но теперь мы знаем, что старение генетически запрограммировано в клетках человеческого организма.

Все мы вступаем в жизнь как одноклеточные - в виде женской яйцеклетки. В оплодотворенной женской яйцеклетке содержится полный набор хромосом (человеческий геном) - половина ген от матери и половина от отца. Этот геном представляет собой как бы план построения тела человека. Сразу же после оплодотворения начинается строительство нашего тела путем деления клеток, и это приводит к возникновению сотен миллионов клеток организма - кровяных телец, костных клеток, клеток мускульной ткани, мяса, различных органов и т. д. - всего, что необходимо, чтобы создать завершенный человеческий организм.

Даже по достижении полной зрелости взрослого человека большая часть его клеток продолжает делиться. Расщепление каждой клетки на две сопровождается копированием генетического кода (человеческого генома), записанного на 46 хромосомах, содержащихся в каждой клетке человеческого организма. Но со временем генетическая программа изнашивается и при копировании дает несовершенные копии. По мере того, как в клетках накапливаются такие ошибки, появление признаков старения становится заметным.

В результате накопления этих генетических ошибок (или мутаций) в волосах появляется седина, так как перестают функционировать пигментные клетки в коже головы. Подобные же явления приводят к тому, что размягчаются кости, деформируются суставы, искривляется позвоночник. Генетик Стив Джонс называет это "кризисом биологической идентичности" и поясняет, что стареющий организм начинает работать по "плохому печатному руководству, в котором полно ошибок". Профессор Раджиндер Сохал из Южного методистского университета в Далласе пишет, что "после 55 лет человеческий организм идет в разнос, потому что скорость процесса деградации удваивается каждые шесть лет". Такое накопление генетической деградации идет настолько интенсивно, что к 80 годам в организме уже вырождается треть белковых клеток.

Почему же природа выработала такую несовершенную систему копирования? Оказывается, дело совсем не в самих генах, а в воздухе, которым мы дышим. Дуг Уоллес, заведующий кафедрой генетики в университете Эмори в Атланте, США, посвятил 25 лет изучению крошечных организмов, называемых митохондриями, которые существуют во всех человеческих клетках. Эти митохондрии являются источниками энергии для клеток и, следовательно, для всего организма - они синтезируют кислород (получаемый от красных кровяных клеток) и другие элементы и обеспечивают энергию, необходимую для различных функций клеток. Уоллес так же, как и многие другие выдающиеся ученые, считает, что избыточный кислород, который часто называют "свободными радикалами", вызывает коррозию и порчу клеток совершенно так же, как окисление кислородом способствует ржавлению автомобиля или прогорклости масла.

Генетики полагают, что наши гены обладают механизмом ремонта, осуществляемого при помощи находящихся внутри клетки ферментов - их функция состоит в том, чтобы исправлять повреждения, вызванные свободными радикалами. Постоянно перемещаясь вверх и вниз по хромосомам, эти ферменты проверяют и исправляют нанесенные им повреждения. Этому процессу способствует структура ДНК, которая образует хромосомы в виде двойной спирали. Двойная спираль ДНК имеет форму винтовой лестницы с двумя перилами, соединенными множеством поперечных перекладин. В перекладинах содержатся парные значения элементов ДНК - A, G, С и Т, так что при скольжении вниз по направляющей прочитываются слова и приказы в символах ДНК. Важно то, что эти перекладины могут состоять только из комбинаций букв А/Т или C/G. Благодаря такому механизму ферменты могут прочитывать ДНК и исправлять отсутствующие буквы. Однако этот механизм может не срабатывать в тех редких случаях, когда оказываются повреждены обе противоположные пары!

По-видимому, процесс деления клетки является ключевым элементом механизма защиты от воздействия свободных радикалов. В какой-то определенный момент генный механизм отдает клетке приказ разделиться надвое, при этом восстанавливается ее защитная система. Соответственно и одновременно происходит расщепление каждой хромосомы в клетке. В этот момент хромосомы оказываются более всего уязвимыми, так как при этом разрывается защитная оболочка клеточного ядра. Все освободившиеся хромосомы распрямляются, превращаются в прямые лестницы и делятся. Поперечные перекладины лестницы разрываются, и две ветви спирали ДНК отделяются друг от друга. В этот момент, пока каждая из ветвей ДНК еще не обзавелась новой ветвью-партнером, любое повреждение каждой из них может оказаться непоправимым. Однако исследование мутаций показывает, что они чаще наблюдаются в неактивной, или усеченной, ДНК, и это, по-видимому, означает, что в клетках имеется защитный механизм, выискивающий и защищающий в первую очередь активные гены.

В результате недавних исследований начала поступать информация о конкретных процессах старения клеток. Ученые из Герои-корпорации, в консультативный совет которой входит Джеймс Уотсон (из знаменитой команды Уотсон и Крик, открывший молекулу ДНК), полагают, что, возможно, они открыли биологические часы - механизм, регулирующий жизнь и смерть клетки. Механизм этот получил название теломера. Это сегмент ДНК, повторяющийся в конце каждой хромосомы - его часто уподобляют пластмассовому наконечнику на шнурке ботинка. Каждый раз при делении клетки, когда копируется ДНК хромосомы, этот ее кончик несколько укорачивается. У ребенка длина этого кончика - около 20 тысяч знаков, а у 60-летнего старика - вдвое меньше. Когда теломер сокращается до известного предела, клетка перестает делиться и приходит в состояние, именуемое сенильностью. В это время клетки и их функции начинают деградировать с нарастающей скоростью.

Деление клеток человеческого организма идет с различной скоростью в различных органах тела. Более крупные гены со сложной структурой ДНК более подвержены порче, чем более простые гены. И дело еще более усложняется тем обстоятельством, что когда нарушены гены, ведающие механизмом самокорректировки, то клетка теряет свою эффективность в смысле исправления повреждений, и деградация происходит все быстрее.

Очевидно, что старение - сложный процесс, по ходу которого ряд различных систем организма постепенно, в разное время, выходит из строя. Две самые критичные системы - это, по-видимому, мозг и иммунная система. Что касается первого, то характерно, что клетки мозга рано перестают делиться, а затем в нем начинается длительный процесс постепенного отмирания клеток. И это затрагивает такие важнейшие функции организма, как слух, обоняние и память. Что касается иммунной системы, то в ней (как это ни странно) обнаруживается самая высокая среди прочих клеток организма скорость мутации, и она одной из первых ослабевает с возрастом, оставляя нас беззащитными перед всеми видами заболеваний. Совместная деградация обеих этих систем представляет собой основное направление процесса старения, заканчивающегося естественной смертью.

Некоторые ученые считают, что все формы проявления старения, в конечном счете, сосредоточены в одном гене, который именуется геном Мафусаила. Однако большинство все же полагает, что это более сложный процесс и что в нем участвуют сотни различных генов - одни в большей мере, другие - в меньшей. В конечном счете, управление процессом старения, видимо, можно свести к нескольким десяткам важнейших генов.

Долгожительство – это генетическая наука последнего времени. Если предки - Гильгамеш - искали рецепт долгожительства в Земле богов, то в наше время ученые ищут его в лаборатории. Если раньше считалось, что все организмы имеют свой максимальный предел продолжительности жизни, определяющийся скоростью старения его клеток, то ныне ученые говорят о возможности изменения генетической программы организма. Значит ли это, что мы близки к достижению бессмертия?

В июне 1995 года в печати появилось сообщение о том, что ученые, экспериментировавшие с микроскопическим земляным червем, нашли ген долгожительства, при помощи которого жизнь червя можно продлить, по меньшей мере, на 65%. Научный коллектив под руководством Тома Джонсона из Института поведенческой генетики в университете Колорадо обнаружил ген, который они назвали "Возраст-1". Этот ген регулирует способность червя корректировать свои клетки. Экспериментируя с мутациями этого гена, ученые обнаружили, что одна из таких мутаций приводит к замечательному улучшению способности червя сопротивляться токсинам, температурным изменениям и облучению ультрафиолетовыми лучами. Ученые считают, что это крупнейшее открытие представляет собой первый шаг к пониманию того, как можно исправить стареющие, вырождающиеся клетки. Они надеются, что в течение ближайших дести лет будет найден человеческий эквивалент гена "Возраст-1" и, таким образом, станет возможным продление срока жизни человека более чем на 40 лет.

В декабре 1995 года было сообщено, что доктор Барбара Брегман с коллективом ученых из университетов Цюриха и Джорджтауна (округ Колумбия) сделала еще одно важнейшее открытие, которое было восторженно принято как "Чаша Грааля в области нейробиологии". До сих пор считалось, что с биологической точки зрения невозможно восстановить поврежденные нервные клетки головного и спинного мозга (в отличие от клеток других тканей организма). Но Брегман обнаружила, что при помощи антител можно нейтрализовать действие химических ингибиторов, препятствующих росту нервных клеток у крыс. Таким образом, ей удалось восстановить потенциал роста клеток крыс до уровня, который они имели в молодости.

А тем временем группа французских ученых во главе с доктором Франсуа Шахтером, изучала иммунную систему человека, ранее считавшуюся слабым в генетическом отношении звеном. Ученые вели кропотливую работу по сравнению ДНК стариков - долгожителей Франции с контрольной выборкой обычных людей. Франсуа Шахтер уже нашел один такой ген, значительно более широко представленный в группе долгожителей, - ученые назвали его "HLA-DR".

Коллега Шахтера - Мари-Лаура Мюира - одна из многих ученых, которые изучают методы предотвращения вреда от свободных радикалов. Мюира нашла у представителей группы долгожителей ген, названный "PARP", который, возможно, ведает механизмом восстановления ДНК. Если мы сможем понять, как действует эта генетическая система, то можно будет приступить к созданию генов, управляющих эффективным механизмом восстановления клеток.

Другой способ защиты от старения состоит в том, чтобы воспрепятствовать доступу свободных радикалов, чтобы они не повредили генному механизму. Профессор Раджиндер Сохал (упоминавшийся ранее) пересадил мушкам-дрозофилам гены, защищающие их клетки от кислорода, и таким образом продлил на одну треть продолжительность их жизни. А Дуг Уоллес (о котором также уже говорилось выше) считает, что можно нейтрализовать воздействие свободных радикалов при помощи набора препаратов, образующих защитный барьер вокруг клетки.

Вернемся теперь к теломеру - к области, в которой, возможно, больше всего шансов ожидать революционного прорыва. Ученые, работающие в Герон-корпорации, убеждены, что тело-мер - это механизм, определяющий время жизни клетки, и также глубоко уверены, что длину теломера можно увеличить. Это было бы настоящей сенсацией - с одной стороны, это дало бы возможность предотвратить значительную часть ошибок, возникающих при генетическом копировании, а во-вторых, послужило бы способом возвращения молодости устаревшим клеткам.

Если мы сможем устранить воздействие свободных радикалов, бесконечно расширим число делений клеток и, возможно, даже сумеем восстановить рост нервных клеток в головном и спинном мозгу, то до каких пределов возрастет длительность жизни человека? Если даже человек пострадает от уличной аварии и получит тяжелые телесные повреждения, то с помощью новых достижений в области восстановления тканей его можно будет вылечить. Однако все эти мечты о долголетии человека - это просто чистая фантазия или все же действительно существуют разработанные технологии, при помощи которых можно превратить эти мечты в действительность? Конечно, эксперименты на крысах - это хорошо, но каким образом мы могли бы пересадить новый генетический материал в человеческие клетки так, чтобы этот механизм действительно заработал? Решить эту проблему поможет другая новая область науки конца XX века - генная терапия.

Что такое генная терапия? Основная суть ее состоит в пересадке в организм корректирующих генов для лечения поврежденных клеток. Любое заболевание, как правило, связано с неправильным функционированием одного или нескольких генов. Генная терапия излечит заболевание при помощи пересадки в больную клетку нового гена. Этот новый ген осуществляет необходимые действия по корректировке клетки. Например, в случае заболевания раком пересаженный новый ген даст команду произвести белок, который убьет злокачественные клетки. Задача ученых-генетиков в настоящее время в том, чтобы доставить ген и поместить в нужное место в клетке. Сейчас усилия ученых сосредоточены на задаче использования вирусов в качестве средства доставки генов. Благодаря своей способности атаковать клетки и вторгаться в них вирус является идеальным естественным средством доставки генов. Теоретически вирус можно перепрограммировать таким образом, чтобы нейтрализовать вирусную инфекцию и вместо того использовать вирус в качестве носителя корректирующего генетического материала. Группа британских ученых недавно объявила, что использует вирус лишая для проникновения в центральную нервную систему (включая головной мозг). Ученые намереваются использовать такую систему доставки генов для лечения болезней Альцгаймера и Паркинсона.

Ожидания от результатов генной терапии очень велики. Примерно до четырех тысяч болезней вызываются повреждением одного-единственного гена. В лабораториях всех стран ведутся исследовательские работы, которые должны решить проблемы самых серьезных болезней - таких, как СПИД, гемофилия, цис-тофиброз, ревматический артрит и сосудистые заболевания, а также различных форм рака. Нетерпеливые критики могут сказать, что пока еще не было ни одного случая излечения с помощью одной лишь генной терапии. Но ведь, правду сказать, исследования в этой области находятся еще в самом начале, и необходимо преодолеть целый ряд сложных препятствий. Вероятно, "Санди таймс" правильно, реалистически оценила положение, когда писала о генной терапии, что "эта область медицины находится пока в эмбриональном состоянии, но в ближайшие 50 лет она станет самой обычной формой лечения".

Исходно ориентированная на лечение болезней, генная терапия может в дальнейшем использовать потенциальные средства доставки генов для продления жизни, о чем мы уже говорили раньше. Усовершенствование методов лечения происходит параллельно с поисками полного набора генов долгожительства - и все эти направления должны объединиться в начале XXI века. Приведем слова одного из самых известных в этой области - доктора Франсуа Шахтера: "Сейчас нет никаких препятствий для продления продолжительности жизни человека. Мы вплотную подошли к разработке соответствующей технологии, и отдельные элементы головоломки быстро укладываются в общую картину".

(Из книги Алана Ф. ЭЛФОРДА "Боги нового тысячелетия")

#журнал#подкова#програма#старение

cnНА ГЛАВНУЮ cnГАЗЕТА РАДУГАcnК СПИСКУ cnВ НАЧАЛО

Рейтинг@Mail.ruЯндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru