Владимир Скулачёв - Жизнь без старости

У бактерий описана особая сигнальная система, вызывающая ряд событий в ответ на повреждение ДНК. Сначала — стимуляция репарации ДНК, затем (если это оказывается недостаточным) — блокада размножения и, наконец, при еще большей степени повреждения — активный лизис бактериальной стенки, ведущий к гибели клетки [185,323]. Такой в общем-то беспощадный принцип позволяет предотвратить утрату генетического наследия вида из-за ошибок, вкравшихся в биологический текст при его сохранении и многократном воспроизведении. Как пишет К. Льюис, «вполне возможно, что основная опасность, подстерегающая одноклеточные организмы — это не конкуренция, патогены или истощение питательных материалов, а их собственный клон, превратившийся в группу «безнадежных монстров», способных вызвать смерть всей популяции» [185]. Чтобы избежать этой опасности, бактерия с поврежденной ДНК кончает с собой задолго до того, как геном до такой степени испортится, что синтез белков полностью прекратится.

Среди других примеров самоубийства одноклеточных прокариот заслуживают упоминания (см. также Приложение 2):

— лизис материнской клетки Bacillus subtilis или Streptomyces при споруляции, необходимый для освобождение спор;

— освобождение бактероидов из клеток Rhizobium;

— лизис некоторых клеток S. pheumonia для освобождения в среду ДНК, поглощаемой другими клетками того же вида;

— лизис клеток Escherichia coli, образующих колицины, чтобы выплеснуть в среду эти ядовитые агенты, убивающие другие штаммы того же вида бактерий;

— три механизма самоубийства E. coli при заражении клетки разными бактериофагами. Один из них состоит в открытии в клеточной мембране каналов, проницаемых для протонов, так что клетка теряет способность к накоплению энергии, освобождающейся при дыхании. Другой — активация протеазы, расщепляющей один из белков, необходимый для работы рибосом. Третий — активация РНКазы, гидролизующей одну из транспортных РНК. В двух последних случаях смерть клетки наступает из-за прекращения белкового синтеза [185,323].

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

«Но ведь совершенно очевидно, — говорят в этом месте «пессимисты», — что для индивида нет ничего хуже, чем умереть! Как же такой вредный признак, максимально контрпродуктивный для индивида — его носителя, не был выбракован естественным отбором?»

К сожалению, сегодня мы еще не можем прямо ответить на этот каверзнейший вопрос, хотя у нас есть определенные соображения по данному поводу (см. ниже, раздел II.4.1). Но каким бы он ни был, уже сейчас нельзя отрицать очевидный факт существования программ смерти одноклеточных. А если это так, то почему программа старения не может быть частным случаем явлений такого типа, эдаким медленным самоубийством? Кстати, у одноклеточных эукариот, а именно у S.cerevisiae, на которых была открыта смертоносная программа, включаемая феромонами, описано так называемое репликативное старение: дрожжевая клетка, делясь, может дать почку, образующую затем дочернюю клетку, примерно 30 раз, после чего детородная функция исчезает (совсем как у стареющих высших животных, достигших состояния менопаузы).

Но может быть, старение запрограммировано только у одноклеточных организмов, продолжительность жизни которых измеряется днями, а у человека и всех прочих ныне живущих многоклеточных такая программа утрачена, и они стареют как-то совсем иначе?

В первой главе мы кратко рассмотрели исторический аспект проблемы старения. Иными словами, как геронтологи дошли до такой жизни, когда их сообщество расколото на оптимистов и пессимистов, причем последние все еще преобладают, но постепенно теряют свои позиции: им приходится признать, что смертоносные программы существуют в геномах живых клеток, включая одноклеточные организмы, а значит, старение в принципе могло быть (по крайней мере, у одноклеточных) одной из числа таких программ.

Для дальнейшего обсуждения удобно ввести термин,

обозначающий запрограммированную смерть организма. По аналогии с апоптозом (одним из видов запрограммированной смерти клетки) такую смерть организма можно было бы назвать словом «феноптоз» (термин предложен нашим крупнейшим филологом М. Л. Гаспаровым).

Итак, феноптоз — запрограммированная смерть организма. Как правило, программа смерти закодирована в геноме гибнущего существа и представляет собой цепь биохимических событий, вызывающих в конечном итоге его самоуничтожение. Реже такая смерть наступает в результате поведенческой реакции, закодированной в геноме гибнущего индивида, его сексуального партнера или близкого родственника жертвы [443,437,323,200,417,422,423,442,228].

Примеры феноптоза у одноклеточных мы рассмотрели в предыдущей главе. Теперь нам предстоит разобраться, существует ли это зловещее для индивида явление у более сложных, многоклеточных форм жизни.

Быстрое старение растений, размножающихся только раз в жизни, служит, пожалуй, наиболее часто описываемым примером феноптоза, биохимический механизм которого в определенной степени уже изучен. Как пишут известный биохимик и геронтолог растений Л.Д. Нуден и его соавторы, «еще до того, как стало многое известно о биохимии старения [таких растений], оно рассматривалось как внутренне запрограммированный процесс, который специфичен и организован в отношении того, когда, где и как он происходит. Хотя это старение развивается с возрастом, оно не может быть отнесено к процессам пассивного старения, поскольку контролируется внутренними и внешними сигналами и может быть замедлено или ускорено этими сигналами. Напротив, старение как пассивное накопление повреждений, зависящее от времени, лучше всего иллюстрируется постепенным уменьшением жизнеспособности семян при их хранении» [115] (см. также [304]).

Хорошо известно, что быстрое старение и смерть сои удается предотвратить удалением стручков [184] или созревающих в них бобов [195]. Интересный опыт был поставлен Нуденом и Мюрреем [239]. На стадии созревания бобов авторы удалили у растения все стручки, кроме одного. В положенный срок (около 3 месяцев) растение не погибло, оставшись зеленым, но листья на ветке, где был оставлен единственный стручок, пожелтели и пожухли. Гибель этих листьев не удалось предотвратить, убив флоэму струей горячего пара, направленной на ветку между листьями и стручком. Пар должен был предотвратить транспорт веществ из листьев в стручок через живую ткань флоэмы, но не из стручка к листьям через ксилему, уже омертвевшую у взрослого растения. Это доказывает, что старение сои индуцируется стручками, генерирующими какой-то смертоносный сигнал или образующими ядовитое вещество, убивающее листья [238,324] (рис. II.2.2.1). Подобное наблюдение противоречит утверждению Кирквуда и Мелова, недавно опубликовавших статью о невозможности, по их мнению, существования программы старения: «Нет каких-либо указаний, — пишут авторы, — что организмы, способные к размножению только раз в жизни, активно разрушаются после завершения процесса размножения» [158].