Джоэль Курцмен - Да сгинет смерть! [Победа над старением и продление человеческой жизни]

Рис. 6. Типичная животная клетка

В 1940 г. группа бактериологов Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, возглавляемая Освальдом Эвери, установила, что ДНК-молекула, несущая информацию, которая кодирует протекание всех химических реакций и структуру клетки. Исследователям удалось доказать, что ДНК в известной мере определяет жизнь, рост и размножение клетки.

Открытие ключевой роли ДНК в метаболизме клеток дало толчок к своеобразным международным состязаниям ученых по расшифровке структуры ДНК и способов, которые позволяют этой структуре управлять всеми химическими процессами в клетке. Эти состязания выиграли в 1953 г. два молодых специалиста по молекулярной биологии в Кембриджском университете — Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон. Они показали, что ДНК управляет обменом веществ, строением и делением клетки посредством РНК, которая действует в качестве матричной молекулы, направляющей синтез белков. В свою очередь, белки управляют обменом веществ в клетке, формируют ее основные структурные элементы и участвуют в регуляции деления клетки. При делении клетки две "дочерние" клетки, как их называют генетики, не только получают полный набор белков, жиров и углеводов, но и жизненно важный компонент — ДНК, которая будет управлять их метаболизмом и ростом.

Биологам конца минувшего столетия клетки казались структурами чудесными и таинственными. Исследуя одноклеточные организмы, такие, как амеба, они обнаружили, что клетки практически бессмертны до тех пор, пока они растут, делятся и избегают нападения микроскопических хищников. В 20-30-х годах текущего века эксперименты таких биологов, как Алексис Каррель, как бы подтверждали, что отдельные клетки и в самом деле бессмертны и что старение и смерть — это свойства лишь крупных комбинаций клеток, как, например, в организме человека. Каррель сумел выделить клетки из сложного организма цыплят, и эти клетки, казалось бы, продолжали поддерживать обмен веществ и делиться годы спустя после смерти того цыпленка, у которого они были взяты. Но, как выяснилось, Каррель ошибался.

В 1961 г. д-р Леонард Хейфлик, в ту пору работавший в Станфордском университете, в ходе экспериментов по изучению рака обнаружил, что клетки человека, растущие в культуре (химической питательной среде, обеспечивающей их энергией и веществами, необходимыми для жизни), делятся только ограниченное число раз за тот период, пока их потомство стареет и умирает. Число делений, которое могли претерпеть выделенные из человеческого эмбриона клетки, оказалось равным примерно 50. Клетки, полученные от более старых людей, претерпевали еще меньше делений, а затем гибли. Например, клетки, взятые у взрослого человека, способны делиться примерно раз двадцать.

Хейфлик и другие исследователи культивировали также клетки животных и доказали, что число делений зависит от того, сколько в норме живет это животное. Так, для клеток норки, продолжительность жизни которой составляет около 10 лет, число делений меньше, чем для клеток человека, а для клеток мыши, живущей примерно три года, делений еще меньше, чем для клеток норки. Хейфлик пришел к выводу, что смерть всех клеток, принадлежащих животным или человеку, отражает процесс старения на уровне отдельной клетки, а стареют клетки оттого, что существует генетический предел продолжительности их жизни.

По мнению Хейфлика, этот генетический предел программируется информацией, заключенной в длинных, сложных цепях атомов ДНК в ядре каждой клетки. Следовательно, старение оказывается структурно обоснованной, "встроенной" особенностью клеточной структуры; все нормальные клетки заранее обречены на необратимое увядание.

Ученые в массе своей приняли в штыки эти выводы, и большинство из них осталось неколебимо верным общепринятому мнению, согласно которому клетки в культуре практически бессмертны. Еще в 1974 г. Хейфлик утверждал, что "даже сейчас, тринадцать лет спустя после того, как первоначальное открытие получило подтверждение буквально в сотнях лабораторий всего мира, многие упорно отказываются ему верить".

Теория предопределенного генетического предела старения Хейфлика находит подтверждение при изучении идентичных близнецов, в частности в опытах д-ра Лисси Джарвика из Колумбийского университета. В отличие от всех других людей идентичные (однояйцевые) близнецы имеют во всех клетках одну и ту же ДНК. Это объясняется тем, что в таких случаях (но не в случае обыкновенных двойняшек) оплодотворенное яйцо при первом делении в матке матери дает не две клетки, которые станут частью одного эмбриона, а образует два одноклеточных эмбриона, идентичных во всех отношениях, в том числе и по структуре ДНК. Такие близнецы не только абсолютно идентичны по внешним признакам, определяемым структурой ДНК, — цвету волос и глаз, росту, чертам лица и т. д., - но и по химическим процессам (также управляемым ДНК), протекающим в каждой отдельной клетке. И если ДНК клеток идентичных близнецов несет информацию, которая определяет продолжительность жизни человека, то у близнецов эта продолжительность должна быть одинаковой. Работы Джарвика подтвердили, что продолжительность жизни близнецов в общем одинакова.

Исходя из 50 делений эмбриональных человеческих клеток в изолированных культурах, Хейфлик рассчитал, что продолжительность жизни человека должна составлять 110–120 лет — именно этот срок понадобится, чтобы такое количество делений произошло в организме человека. Однако лишь 0,1 % человечества когда-либо доживала до 110-летнего возраста. Это обстоятельство несколько обескуражило Хейфлика: ведь если клетки человеческого организма способны жить в культуре срок, эквивалентный 110–120 годам, то теоретически и сами организмы, из которых взяты клетки, могут жить до такого же возраста.

После более внимательного изучения культур клеток Хейфлик заметил, что задолго до того, как клетки перестают делиться, специфически изменяются их структура и функции: снижается способность вырабатывать энергию, недостаточно быстро синтезируются ферменты и в каждой клетке накапливается все больше отходов. Значит, сделал вывод Хейфлик, возрастные изменения в клетках "играют главную роль в проявлении старения тела и приводят к смерти индивидуума… намного раньше, чем его клетки прекращают деление". Когда в комплексном наборе взаимозависимых клеток, который представляет собой человеческий организм, накапливается достаточное количество возрастных изменений в жизненно важных органах — например, в клетках сердца или мозга, — тело умирает, хотя в нем могут оставаться еще немало жизнеспособных клеток. А это значит, что если бы нам удалось замедлить структурные и функциональные изменения, возникающие в наших клетках, то нам удалось бы дожить до "генетического предела старения" Хейфлика.