Полина Лосева - Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться

Так или иначе, чем больше радикалов, тем выше уровень стресса. Слабый окислительный стресс возникает каждый раз, когда кислород попадает в клетку. Сильный развивается реже – например, если кислорода слишком много или если клетка не способна противостоять слабому. В ответ на сильный стресс клетки стареют, то есть перестают делиться, начинают выделять SASP (набор провоспалительных белков) и приобретают прочие признаки сенесцентности. Этот феномен назвали стресс-индуцированным старением (SIPS, stress-induced premature senescence). То есть для того, чтобы состарить клетку, много времени не нужно: достаточно большой дозы окислительного стресса.

Таким образом, свободные радикалы становятся неизбежным побочным продуктом дыхания и расплатой клетки за возможность получать энергию. Мы могли бы жить одним гликолизом и сопутствующими процессами, как делают дрожжи, но тогда нам не хватило бы ресурсов на сокращение мышц и работу нейронов нервной системы. Сложное устройство нашего тела не позволяет ему обойтись без кислорода. И в этом смысле Раттан, безусловно, прав: каждый кусок пищи и каждый вдох увеличивает количество активных форм кислорода и, следовательно, усиливает в клетках окислительный стресс (накопление свободных радикалов и повреждение белков).

Свободнорадикальная теория старения, как и другие теории из группы "wear and tear", подразумевает, что старение неотвратимо. Поскольку жить без кислорода мы не умеем, то неизбежно будем дышать и сжигать глюкозу, а кислород будет поставлять нам свободные радикалы, разрушая клетки изнутри. И чем больше активных форм кислорода, тем короче жизнь [433] Golden T. R., Hinerfeld D. A., Melov S. Oxidative stress and aging: beyond correlation // Aging Cell. 2002 Nov; 1 (2): 117–123. .

Впрочем, не стоит думать, что клетки совершенно беззащитны перед лицом свободных радикалов. Одновременно с дыханием клетки производят антиоксиданты – вещества, которые нейтрализуют активные формы кислорода. Это, например, белки: супероксиддисмутаза, которая борется с супероксидом, или каталаза, которая разлагает перекись водорода на воду и кислород. В качестве антиоксидантов могут выступать и другие вещества, для которых эта функция не основная, – например, витамины С и Е.

Тем не менее антиоксиданты то и дело "пропускают" какое-то количество активных форм кислорода, поэтому некоторые молекулы от них все-таки страдают. На испорченные молекулы у клетки тоже есть управа – мы уже говорили о ней во второй части книги – это системы уборки мусора: белки репарации (которые чинят ДНК), протеасомы (которые расщепляют испорченные белки) и аутофагия (процесс переваривания белковых комков или целых органелл). Однако небольшой процент повреждений неизбежно ускользает и от них, и с возрастом количество окисленных макромолекул в клетке растет [434] Stadtman E. R. Protein oxidation and aging // Science. 1992 Aug; 257 (5074): 1220–1224. .

Логично предположить, что можно продлить жизнь, снизив уровень окислительного стресса. Вероятно, с этим в том числе связано долголетие голых землекопов: в подземных тоннелях, где они живут, нет солнечного света, а вместе с ним и ультрафиолетовых лучей – источника свободных радикалов в клетках. Кроме того, под землей концентрация кислорода в воздухе несколько ниже [435] Šumbera R. Thermal biology of a strictly subterranean mammalian family, the African mole-rats (Bathyergidae, Rodentia) – a review // Journal of Thermal Biology. 2019 Jan; 79: 166–189. , чем на поверхности: около 20 % вместо положенных 21 %. Вероятно, забравшись поглубже, голые землекопы скрылись не только от хищников, но и от источников окислительного стресса.

Есть среди животных и такие, которые умеют избавляться от стресса на все 100 %. Для этого они впадают в ангидробиоз, то есть практически полностью высыхают. Это умеют круглые черви, некоторые раки, тихоходки и другие беспозвоночные, но лучше всего эта форма существования изучена у африканского комара-звонца Polypedilum vanderplanki . Он обитает в Африке, к югу от Сахары. Четыре дождливых месяца в году, когда животные могут размножаться, сменяются восемью месяцами жестокой жары. Личинки комаров обычно выводятся в лужах на поверхности гранитных скал, поэтому жаркие две трети года им приходится пережидать в виде сушеной "мумии".

Впадая в ангидробиоз, личинка комара теряет почти всю воду из тела, до 98 % и более. На смену воде приходит углевод трегалоза, который заполняет все внутреннее пространство клеток. Он составлен из двух молекул глюкозы, но таким образом, чтобы с ней нельзя было вступить в химическую реакцию. Поэтому трегалоза выполняет роль наполнителя: поддерживает форму клетки и не дает мембране схлопнуться и слипнуться. Кроме того, личинка производит большое количество специальных белков, которые обволакивают собственные белки клеток, чтобы те не изменили форму при высыхании. В результате получается что-то вроде мумии или древнего животного, застрявшего в янтаре, каких до сих пор находят по всему миру. Впрочем, и это сравнение не вполне точное. Больше всего ангидробиоз напоминает технологию пластификации, с помощью которой люди сейчас консервируют тела умерших для дальнейших исследований: по кровеносным сосудам тела пускают застывающий полимер, который заполняет полости и застывает, не позволяя распадаться структуре.

Ангидробиоз делает личинок комаров практически супергероями. Они без малейших последствий переживают восемь месяцев жары и воскресают обратно за полчаса в воде. При необходимости они могут проделать этот трюк еще несколько раз. Кроме того, в высушенном состоянии они выдерживают действие многих токсинов и радиации, а еще пребывание в космосе и перепады температуры от –270 до +102 °С.

Секрет в том, что, лишаясь всей своей воды, личинки останавливают [436] Sogame Y. & Kikawada T. Current findings on the molecular mechanisms underlying anhydrobiosis in Polypedilum vanderplanki // Current Opinion in Insect Science. 2017 Feb; 19: 16–21. химические процессы в клетках. Макромолекулы, которыми заполнены клетки, вступают в химические реакции только в растворе – им необходимо передвигаться по клетке, чтобы добраться друг до друга. В отсутствие воды это невозможно, поэтому высушенная личинка не ест и не дышит, не строит белков и не копирует ДНК, и на ее клетки не действует никакой стресс.

Значит ли это, что за восемь месяцев ангидробиоза животное не стареет? Строго говоря, для самих личинок комара-звонца это еще не доказано. Но есть данные по тихоходке – более известному супергерою, – которая тоже отличается стойкостью к самым разным жизненным невзгодам и тоже впадает в ангидробиоз. Вот у нее, судя по всему, за время, проведенное в состоянии тотальной сухости, признаков старости не прибавляется, и годы проходят [437] Rao T. R. Anhydrobiosis // Resonance. 2018 May; 545–553. для нее незаметно. Некоторые авторы даже сравнивают беспозвоночных в состоянии ангидробиоза со Спящей красавицей из сказки, для которой время остановилось на сотню лет.