Смерть и долголетие⁠⁠

Неотвратимость увядания и смерти — один из ключевых элементов нашего мировоззрения. Мы рассматриваем тело как механизм, который со временем неизбежно изнашивается, его части выходят из строя, повреждения накапливаются, и наконец после преодоления некоего критического порога механизм перестает работать вовсе.

Короче говоря, ухудшаются функции всех органов и систем, что в конце концов приводит к смерти, но не «от старости вообще», а от какой-нибудь конкретной болезни, с которой ослабленный организм не может справиться.

Ученые установили, что одряхление — вовсе не заведомая неизбежность, оно контролируется определенными генами — так называемыми генами смерти, или «самоубийственными». Их функция заключается в том, чтобы постепенно отключать процессы самовосстановления, поддерживающие организм в рабочем состоянии.

Открытие этих генов относится к 1970-м, когда ученые обнаружили, что удаление определенных желез у самки осьминога может отсрочить неизбежную в противном случае смерть. В обычных условиях самка осьминога перестает питаться и умирает ровно через десять дней после высиживания яиц. Однако хирургическое удаление желез, отвечающих за созревание и размножение, кардинально изменило поведение самки. Отложив яйца, она снова начала есть и прожила еще полгода

Пока маловероятно, что такие же — однозадачные — гены обнаружатся у людей. Скорее всего, гены самоуничтожения у человека выполняют целый ряд функций, как разрушительных, так и полезных. Гены, отвечающие за воспаление, защищают нас от ран и инфекций в юности, но затем идут вразнос и начинают поражать здоровые клетки.

Теломеры

Теломеры — это области на концах хромосомы, которые защищают ее от повреждений и «склеивания» с другими хромосомами. Иногда теломеры называют «защитными колпачками» хромосомы. Их можно сравнить с пластиковыми наконечниками шнурков, которые предохраняют сами шнурки (то есть хромосомы) от распутывания

В 1961 году профессор анатомии Леонард Хейфлик (Leonard Hayflick) из Калифорнийского университета обнаружил, что клетки человека делятся ограниченное число раз и умирают приблизительно после 50 делений. Этот порог в 50 делений назвали пределом Хейфлика. И именно теломеры «отмеряли», сколько еще раз могла делиться клетка.

В стареющем организме деление происходит все реже и реже. Когда после определенного числа делений теломеры исчезают совсем, клетка запускает программу разрушения.

Старение организма связано с укорачиванием теломер, но не сводится к нему. Старые клетки есть и в молодом организме. Разница в том, что с возрастом их становится все больше: накопление старых клеток приводит к дегенеративным процессам, которые, в свою очередь, приводят к возрастным заболеваниям.

Многие виды раковых клеток имеют укороченные теломеры. Это происходит потому, что, когда нормальная клетка трансформируется в раковую, она делится чаще, и ее теломеры становятся очень короткими. И чтобы не погибнуть, раковые клетки вырабатывают много теломеразы. Она не дает теломерам сильно укорачиваться. Таким образом, раковые клетки, усиленно вырабатывая теломеразу, становятся практически бессмертными.

Основная задача теломеразы — поддерживать длину теломер. Она в буквальном смысле удлиняет концы хромосом

Если ученые научатся останавливать теломеразу, чтобы она не удлиняла раковые клетки, то таким образом можно будет победить рак — раковые клетки будут постепенно укорачиваться, в итоге «постареют» и погибнут. Такие эксперименты уже проводились. Ученые блокировали активность теломеразы в клетках рака груди и простаты человека, растущих в лаборатории. Это привело к гибели опухолевых клеток

В чем биологический смысл смерти?

Биологи утверждают, что с точки зрения эволюции бессмертие вредно. Произведя потомство, родители становятся помехой, конкурируя с детьми за природные ресурсы. Да и эволюция зайдет в тупик, если все будут жить вечно.

У бессмертия, несомненно, есть свои выгоды, но есть и существенные издержки. Одна из них заключается в том, что бессмертный вид очень быстро разрастается до исчерпания необходимых ему ресурсов окружающей среды. И тогда он становится уязвимым для таких бедствий, как голод и пандемии, которые могут уничтожить его одним махом, убив всех представителей разом.

Сценарий рисуется примерно такой: представьте две конкурирующие группы организмов, размножающихся половым путем. В одной группе все бессмертны. В другой появились самоубийственные гены и какие-то особи постепенно стареют и умирают. Первая группа напоминает густой лес, вторая — регулярно прореживаемый. При возникновении пандемии у первой группы шансов на выживание столько же, сколько у густого леса во время лесного пожара. Вторая, позволившая распространиться самоубийственным генам, выживет с большей долей вероятности.

Чем чаще меняются поколения, тем быстрее прогресс. Каждое новое поколение может привнести что-то новенькое. Поэтому в природе работает запрограммированное умирание.

Вот, например, у слона зубы стираются в течение жизни, но в отличие от нас появляются заново шесть раз. Стирание — это физическое старение. Но почему всё кончается на номере шесть? Возможно, белые слоны жили бы тысячу лет, если бы у них зубы менялись 30 раз.

Это применимо и, например, к китам. У них, да и вообще у всех млекопитающих, у которых есть в глазу хрусталик, есть и белки кристалли́ны.Что же происходит в кристаллике китов при очень большом сроке их жизни? Каждые десять лет 2 % L-изомеров становятся D-изомерами. Через двести лет уже 40 % становятся D-изомерами. Поэтому прозрачность исчезает. Может быть, киты выбрасываются на берег потому, что самый старый и мудрый ведет туда всё стадо. Но он уже плохо отличает сушу и воду, и стадо гибнет.

Долголетие

Невероятно долго живет европейский омар. Он вовсю пользуется теломеразой. Судя по всему, омару каким-то образом удается поддерживать активность фермента во всех клетках, а не только в стволовых, что позволяет ему буквально оставаться вечно молодым. Впрочем, от смерти это не спасает: дело в том, что омару, поскольку он растет всю жизнь, нужно постоянно менять раковину.

Линька и выращивание новой раковины — очень затратный в плане энергии процесс, поэтому у любого омара пусть и через невероятно долгий промежуток времени, но наступит момент, когда сил и ресурсов на выращивание нового панциря больше не будет.

Есть в животном мире и пример реального бессмертия. Это медузы Turritopsis dohrnii. Каждый раз, достигнув половозрелого возраста, медуза превращается в полип. Полип растет и в конце концов образовывает медузу, и весь цикл повторяется заново.

В обычном жизненном цикле медузы плавают в толще воды, созревают, а затем производят гаметы. Оплодотворенные яйцеклетки развиваются и становятся маленькими личинками, называемыми планулами. Через какое-то время планулы опускаются на дно, прирастают, и появляется колония полипов — а от них отпочковываются новые медузы, снова поднимающиеся в толщу воды. Но некоторые медузы «обманывают» цикл жизни — они становятся полипом без полового размножения и выработки гамет. Обычно это происходит при стрессе — когда вокруг мало питательных элементов или есть хищники, то к чему размножаться (забавно, что в экспериментальных условиях медуз щипали за бока)

«Молодая» кровь

В эксперименте ученые «сшили» между собой кровеносные системы лабораторных мышей, старых и молодых. По сообщениям авторов, у старых животных, соединенных с молодыми, улучшилось размножение сателлитных клеток мышц (аналогов стволовых клеток) и клеток печени — эти органы как бы омолаживались.

Разочарование наступило, когда более корректно поставленные опыты показали, что в отношении целого организма все не так радужно: на продолжительности жизни старых мышей процедура не сказывалась, не менялись уровень гормонов и характеристики иммунной системы, по которым можно судить о возрасте. Молодые же мыши, получавшие кровь от старых, дряхлели и жили недолго — они явно страдали от чего-то, находившегося в старческой крови.

Нужно только понять, чем отличается состав крови молодых и старых, и это будет пусть и не победа над старостью, но открытие реального пути продления здорового периода жизни человека.

Компания Elevian в настоящее время исследует в качестве потенциального регенерирующего препарата белок GDF11, который присутствует в повышенных количествах в «молодой» крови. По данным компании, он стимулирует рост сосудов в головном мозге, подавляет воспалительные процессы, улучшает регенерацию клеток мозга, сердца и мышц и может быть полезен для лечения таких возрастзависимых патологий, как инсульт и сахарный диабет.

В крови старых животных было зафиксировано падение концентраций белка остеопонтина, который стимулирует «пожилые» стволовые клетки, делая их «моложе» и активнее. На основе этого белка сейчас разрабатывается препарат для активации иммунной системы у пожилых людей.

А вот белок-хемокин CCL11 (эотаксин) с возрастом в крови, напротив, накапливается. С этим белком связывают развитие воспалительных процессов и таких заболеваний, как макулодистрофия — возрастное поражение сетчатки глаза. Специалисты из Alkahest разработали ингибитор эотаксина, и компания уже сообщила о положительных результатах второй стадии его клинических испытаний. Препарат особенно привлекателен тем, что применяется перорально, в то время как современные лекарства для лечения макулодистрофии требуют внутриглазного введения