Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

Следует различать среднюю и максимальную продолжительность жизни. В западных странах средняя продолжительность жизни за последние сто лет значительно выросла: гораздо меньше людей умирают от инфекционных болезней в детстве или при родах, и гораздо больше людей доживают до старости. Но, несмотря на эти серьезные демографические изменения, максимальная продолжительность жизни практически не изменяется. Людям редко удается пережить столетний юбилей. Возможно, в наше время таких людей стало чуть больше, но и в библейские времена, и теперь люди живут не дольше 115 — 120 лет. Если в науке не произойдет большого прорыва, такая продолжительность жизни может считаться максимальной.

ДНК кодирует РНК и белки, которые, в свою очередь, создают клеточную инфраструктуру, обеспечивающую репликацию ДНК. Происхождение данной системы выходит за пределы нашего рассказа. Если вас интересуют подробности, рекомендую обратиться к книге Лесли Оргела (см. список литературы в конце книги).

Существуют и другие гены, увеличивающие продолжительность жизни C. elegans , такие как clock -гены, но они не связаны с образованием спящей личинки. Их влияние сравнительно слабое — они увеличивают продолжительность жизни примерно на 30 — 60%. Считается, что продукты clock -генов снижают скорость метаболизма, подавляя функцию митохондрий, и могут сокращать потребление калорий.

С. elegans воспринимает окружающий мир с помощью сенсорных клеток, расположенных в чувствительных органах на голове и хвосте. Сотрудники лаборатории Синтии Кеньон показали, что мутанты с дефектными сенсорными клетками неправильно воспринимают окружающий мир и живут дольше.

К свободным радикалам в данном случае я отношу и такие молекулы, как пероксид водорода, хотя, строго говоря, он не является радикалом (см. главу 6).

В эксперименте Xартмана мыши из контрольной группы (не получавшие дополнительных антиоксидантов) жили недостаточно долго. Возможно, они умирали раньше срока из-за недостатка антиоксидантов в стандартном рационе питания, и Хартман просто ввел в расчеты поправку. Это действительно вполне вepоятно, поскольку мы до сих пор не знаем, каков оптимальный пищевой рацион большинства животных в дикой природе и в неволе.

Во всех этих исследованиях увеличивали концентрацию цитозольной , а не митохондриальной формы СОД. И это важно. Митохондриальная форма СОД защищает от супероксидных радикалов как митохондрии, так и окружающий их цитозоль, поскольку бóльшая часть супероксидных радикалов выходит за пределы митохондрий. А цитозольная форма обеспечивает только частичную защиту цитоплазмы. Насколько мне известно, трансгенные дрозофилы с повышенным уровнем экспрессии митохондриальной СОД и каталазы еще не созданы. Думаю, продолжительность их жизни будет еще больше.

Хотя ограничение калорий не вызывает стрессового ответа у крыс, экспериментальные животные демонстрируют более эффективные стрессовые реакции на нагрузку на сердце (крыс на короткое время подвергали воздействию высокой температуры), чем нормально стареющие крысы. Другими словами, при нормальном старении стрессовые реакции на утечку свободных радикалов из митохондрий притупляют острый ответ на внезапный стресс (такой как тепловой шок), тогда как ограничение калорийности питания ослабляет хронический стрессовый ответ и усиливает ответ на внезапный стресс.

Существует и другая возможность. Высвобождение цитохрома с из митохондрий запускает программированную клеточную смерть — апоптоз. Можно себе представить, что снижение уровня цитохрома с в клетках уменьшает количество клеток, погибающих от апоптоза в стареющих органах. В результате функция opганов реализуется дольше. Это исключительно предположение, но, я думаю, Ричард Вейндрух рассмотрит эту возможность. (Результаты, полученные учеными из Национального института старения, оказались несколько иными. Продолжительность жизни животных в двух группах была одинаковой, но животные, потреблявшие меньше калорий, меньше болели (см. Mattison J. А. et al. Impact of caloric restriction on health and survival in rhesus monkeys from the NIA study // Nature. 2012. № 489. Р. 318 — 321). — Примеч. nep. )

Митохондриальная ДНК эволюционирует на протяжении тысячелетий, но не подвергается рекомбинации в половом процессе, сопровождающейся «перемешиванием» генов. Если турчанка выходит замуж за американского аборигена, все их дети будут иметь митохондриальную ДНК турецкой матери. В результате популяции людей, отделившиеся от общих предков несколько тысяч лет назад, можно различить по митохондриальной ДНК, тогда как внутри каждой популяции все люди имеют одинаковую митохондриальную ДНК, унаследованную по материнской линии. На этом основана идея о «митохондриальной Еве» — мифической матери всего человечества, передавшей митохондриальную ДНК всем живущим на планете людям. Специалист по митохондриальной ДНК и автор книги «Семь дочерей Евы» Брайан Сайкс из Оксфорда считает, что все современные европейцы являются потомками семи мифологических женщин — представительниц семи племен, переселившихся в Европу в разное время.

Одно объяснение было предложено Джоном Алленом. Он считает, что митохондриальные гены позволяют быстро реагировать на внезапные изменения концентрации кислорода, питательных веществ или присутствие дыхательных ядов. Энергетический статус клетки настолько важен, что клетки должны быстро реагировать на все возможные изменения. Использование ядерных генов сопряжено с преодолением клеточной бюрократии и сравнимо с ожиданием решения правительства относительно передислокации войск во время боевых действий. Таким образом, митохондриальные гены — передовая группа войск, контролирующих изменение ситуации на местах и поддерживающих дыхательную функцию. Митохондриальную ДНК можно назвать «альтруистической», поскольку она служит общему делу, однако клетки и организмы, сохранившие митохондриальную ДНК, имеют селективные преимущества и, следовательно, выживают с большей вероятностью, чем клетки, удалившие «альтруистическую» ДНК. Это напоминает нам о том, что «единицей отбора» всегда является организм (пусть даже одноклеточный), а не отдельные гены.

В 2009 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена австралийке Элизабет Блэкберн и американцам Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку за открытие защитных механизмов хромосом от концевой недорепликации с помощью теломер и теломеразы. — Примеч. пер.