Методические материалы, статьи

«Живая вода» генетики

В поисках утраченного времени

Ради вечной молодости и красоты оскар'уайльдовский Дориан Грей заложил свою душу, но превозмочь бренность человеческого бытия не дано было и ему. И все же люди продолжают мечтать, и современные ученые подчас грезят о жизни вечной столь же упорно, как и сновидцы былых столетий. Так, генетики вознамерились разгадать тайну неизбежного распада клеток и молекул, составляющих их. Тайна сия неизреченна есмь, и человек, познаша причину, понуждающую малейшие его частицы старети, буде воля добра, сей жестокосердый механизм остановити сподвигнется. Быть может, скоро в наших руках появятся инструменты, с помощью которых мы властны будем повернуть вспять тончайшее колесико клеточных часов. Да, издревле нас влечет мечта о живой воде, и, раз уже не расплескана она посреди отдаленных ландшафтов, не дано ли нам обрести ее за оболочками молекул и клеток?

В последние десятилетия геронтологи накопили множество — нередко противоречивых — деталей и фактов. Из этого материала были изваяны целых две теории старения: «теория нарастания дефектов» и «теория запрограммированной смерти». Сторонники первой считают, что наши клетки, равно как и ДНК, изнашиваются, ведь они подвержены вредному влиянию окружающей среды. Итак, дефекты нарастают, клетки старятся. Приверженцы другой теории убеждены, что и старение, и смерть суть неизбежные состояния организма. Их механизмы — словно часовые мины — изначально заложены внутри каждой клетки. Для любого вида живой материи характерна своя программа старения. Все решено на генетическом уровне: еще среда не успела «заесть», а смертный приговор уже вынесен.

Расшифровывая геном, ученые подспудно преследовали одну удивительную цель. Все их успехи — лишь шажки на пути к ней. Выступая в январе 2000 года на мировом экономическом форуме в Давосе, Уильям

Хэзелтайн, гарвардский профессор биофизики и руководитель фирмы Human Genome Sciences, так выговорил этот манящий маршрут, которым, не подозревая или не надеясь, упорно бредут ученые: «Используя скрытые возможности организма, нужно научиться восстанавливать то, что потрачено болезнью или старостью. Человеку положено жить 120-130 лет». Смерть — это череда болезней. Если разомкнуть ее цепочку, если помешать ей свиться, смерти не будет?

Ахиллес защищается от мародеров

На пути к смерти лежит старость — неодолимое море болезней. Можно ли справиться с ними? Под старость сам организм перестает слушаться человека и помогать ему. Он пренебрегает многими своими обязанностями. Он вырабатывает все меньше антител, нейтрализующих вирусы и бактерии. Пожилые люди подвержены инфекционным болезням. Так, они нередко умирают от воспаления легких.

Все активнее ведут себя свободные радикалы — агрессивные молекулы, возникающие в процессе обмена веществ. Они разрушают митохондрии — «электростанции», размещенные внутри наших клеток. В результате возникает «энергетический кризис». Клетки слабеют.

Организм не только не препятствует разрушительным процессам, протекающим внутри него, но и сам активно… демонтирует себя. Под старость активность большинства генетических программ снижается. Можно назвать лишь несколько исключений. Упомянем, например, «коллагеназную программу». Коллаген — это белок, составляющий основу соединительной ткани. Он содержится в костях, сухожилиях, связках. Он крепит наше тело; при его нехватке кожа становится дряблой. Однако с возрастом все активнее действует особая генетическая программа: организм вырабатывает большое количество фермента коллагеназы. Между тем единственная задача этого фермента заключается именно в разрушении коллагена, то бишь основы ткани. Складки и морщины — вот самая безобидная мета, оставляемая безжалостным ферментом. Хуже другое: из-за него кости делаются хрупкими, как стекло, и ломаются даже при небольших нагрузках.

Молодой организм борется с разрушительными процессами; организм стариков покоряется им. Тело молодого человека — это арена кипучей деятельности: специальные «ремонтные программы» исправляют генетические дефекты; иммунная система убивает возбудителей болезней; ферменты расправляются со свободными радикалами, прежде чем те успеют навредить. Организм стариков — это крепость, покинутая армией. После битвы она принадлежат мародерам — микробам, свободным радикалам, агрессивным ферментам и пр., расточающим все накопленные за многие лета запасы.

Врачи и генетики все лучше понимают, как действуют механизмы старения. Остается надеяться, что придет время, и они научатся возвращать человеку — этой «машине, занятой обменом веществ», — способности, утраченные им с возрастом. Уже к 2020 году медики станут выращивать из пары клеток любой орган тела. Вот уж тогда организм не будет отторгать эти «заведомо родные» почки или сердце после их пересадки пациенту. В своей фирме (HGS) Хэзелтайн намерен заняться изготовлением «запасных частей» организма: «Мы будем обновлять тело до тех пор, пока оно не выздоровеет».

Если врач, как футбольный вратарь, отражает любой удар, то победителем из этой игры выходит он, а непотревоженными вратами, в которые не забит ни один мяч, высится за ним тело пациента, коего лечили всеми возможными средствами, зная грозящие ему беды. Даже у Ахиллеса была уязвима пята, но что ждать человеку, чья «роковая генетическая карта», наконец, до последней черточки истолкована? Никакой внезапной угрозы! Остается, как в шахматах, сбросить фигуры с доски, загодя найдя управу и на неизлечимых ферзей, и на неприметных пешек, а потом торжественно объявить: «Партия и на этот раз заканчивается вничью». Можно жить еще не один год. Триумф медицины продолжается.

Почему женщины стареют медленнее?

Прежде чем говорить о поисках генов, которые можно выключить, чтобы замедлить старение, обратим внимание на один удивительный факт. Впрочем, мы уже привыкли к нему: женщины живут дольше мужчин и дольше их остаются бодрыми и активными. Подобная картина наблюдается всюду: и в промышленно развитых странах, и у первобытных народов. У многих видов животных самки тоже живут дольше самцов. Почему же в природе сложился такой дисбаланс?

Биологи предлагают несколько неожиданных ответов. Все они — как и следовало думать — вертятся вокруг секса и потомства. Эволюция благоволит всему, что позволяет приносить здоровое и обильное потомство. В этом случае особь способна надежно сохранить свои собственные гены, передав их своим детенышам. При этом возможности мужчины и женщины изначально разнятся.

Роды у особей женского пола обычно протекают очень тяжко, с риском для жизни. Они отнимают у самок немало сил, поэтому у некоторых видов животных новорожденные малыши оказываются на попечении энергичных «бабушек». Благодаря их опеке малыши выживают и достигают детородного возраста. Активность бабушек не должна удивлять: оберегая своих внуков, они помогают сохраниться своим генам, переданным по наследству малышам. Пусть бабушки давно уже неспособны рожать, они хлопотливо заботятся о продолжении своего рода, опекая позднюю его поросль.

У мужчин ситуация совсем иная: зачинать детей — дело нехитрое. Чтобы сохранить свои гены, надо почаще спариваться, оплодотворяя все, что движется. С эволюционно-биологической точки зрения, самец всегда стремится нарушить моногамную связь. Пусть он и не успеет позаботиться о потомстве, что-то из посеянного им выживет. Чтобы понравиться самкам и соблазнить их, чтобы доказать свое первенство среди прочей мужской породы, самцы крыс, каменных козлов и людей старательно наращивают мускулы, очаровывают спортивными рекордами и со всей жестокостью борются за высшие места в социальной иерархии. Короче говоря, в «пору расцвета» самцы напрягают все свои силы, чтобы добиться успеха, и… растрачивают силы, умеряя отведенный им срок жизни. Изнуренные в жизненной борьбе, они покидают этот мир раньше самок-зрительниц. Как показывает статистика, энергии, растраченной мужчинами в этих передрягах, хватило бы на добрых семь лет жизни.

Впрочем, у них есть шанс избежать этой печальной судьбы. Статистика показывает, что кастраты живут в среднем на четырнадцать лет дольше обычных самцов. Так что хочешь жить, умей выбирать, товарищ мужчина!

Человек завидует червю

В последние годы ученые обнаружили несколько генов, которые отвечают за процессы старения, правда, пока им понятны лишь причины старения отдельных примитивных организмов.

Например, биолог Зигфрид Хекими из Монреаля научился продлевать жизнь червям. Его подопечные — сущие мафусаилы. Вместо девяти дней, как написано им на роду, черви из его лаборатории готовы ползать по земной юдоли целых пятьдесят суток. Сравнение поможет уяснить всю необычность этого факта. Представьте себе, что стараниями врачей продолжительность жизни женщин достигла 440 лет! В это невозможно поверить. Но черви-то живут! Что же случилось с ними? Хекими «выключил» один из генов червя (он окрестил этот ген «clock-1»), и тогда смерть на какое-то время отшатнулась от животного. Правда, результат опыта остался не вполне понятен самому ученому. Хотя он и узнал, что случается при бездействии данного гена, но так и не выяснил, что именно совершается в организме червя при активном его участии.

Не менее удачные опыты провела и Цинтия Кенион из Калифорнийского университета (Сан-Франциско). Она исследовала червя Caenorhabditis elegans. После некоторых манипуляций с генами червь в проведенных ей опытах жил в четыре раза дольше своих диких родичей. «Если такое удастся с человеком, — мечтает исследовательница, — мы будем жить до 360 лет».

В лаборатории профессора Хайнца Озивача из Франкфуртского университета выросли грибы-рекордсмены. Их срок жизни увеличился по той же причине — у них выключен «ген старения». «Вероятно, речь идет о «клеточном переключателе», который инициирует другие генетические программы», — говорит биолог. Пока этот «переключатель» не включен, программа старения не работает. Митохондрии в клетках долгоживущих грибов защищены от действия свободных радикалов, правда, непонятно как.

Профессор Джеральд Шелленберг, молекулярный генетик из Сиэтлского университета, несколько лучше понимает, как действует обнаруженный им ген старения. Шелленберг исследовал больных, страдающих синдромом Вернера. Эти пациенты старятся поразительно быстро. Их организм начинает дряхлеть уже в двадцать лет.

До пятидесяти никто из больных не дотягивает.

Шелленберг выяснил, что у пациентов, страдающих синдромом Вернера, разрушаются так называемые геликазы — ферменты, играющие важную роль при удвоении наследственной информации (репликация происходит всякий раз при делении клетки). Геликазы занимаются тем, что расплетают плотно скрученную двойную спираль ДНК, дабы можно было сделать копию каждой ее половины. Без геликаз спираль ДНК рвется, и всякий раз при делении клетки возникает вредная мутация. Шелленберг предположил, что у здоровых людей геликазы с возрастом тоже начинают работать все хуже.

Три упомянутых выше гена — это всего лишь крохотная часть механизма старения. По оценкам некоторых исследователей, в этом механизме задействовано до 7000 генов. Неизвестно пока, кто инициирует их деятельность и как взаимосвязаны все эти гены. Впрочем, пару «биологических часов», отсчитывающих возраст человека, исследователи все-таки обнаружили:

- теломеры, крохотные концевые участки хромосом. Всякий раз, когда клетка делится, каждая из теломер утрачивает частичку. Когда теломеры будут израсходованы, клетка состарится и отомрет;

- сам процесс обмена веществ.

Похоже, что каждый живой организм запрограммирован на определенную интенсивность обмена веществ — так же, как автомобиль запрограммирован на определенный километраж. Если машина ездит мало, она и изнашивается мало. Черви-мутанты, опекаемые Зигфридом Хекими, живут дольше, потому что живут… «медленнее». Они медленнее обычного поглощают пищу, переваривают ее, движутся, занимаются сексом — все проделывается ими без всякой торопливости, словно в полусне.

Описанный трюк с обменом веществ можно воспроизвести и в опытах с более высокоразвитыми организмами. Не нужно даже вмешиваться в их генетику, манипулируя «переключателями» и вызывая мутацию. Американский медик, профессор Ричард Уэйндрух из Мэдисонского университета (штат Висконсин) взял и посадил подопытных мышей и крыс на очень строгую диету. Животные получали лишь две трети необходимых им калорий, впрочем, все нужные им витамины и микроэлементы в пище присутствовали. Выявился интересный факт: тощие зверьки жили на этом свете на целую треть дольше упитанных особей.

Чем это можно объяснить? В клетках «хиляков» перерабатывается меньше питательных веществ и, значит, выделяется меньше вредных продуктов обмена, например, свободных радикалов. Непоправимые дефекты в протеинах, ДНК и митохондриях возникают намного позже обычного. С другой стороны, эти «постящиеся» клетки неохотно размножаются.

Что хорошо для мышей, для человека — …? Ученые пока еще не могут продолжить эту фразу и дать категоричный ответ. Если удастся доказать, что менее калорийная пища продлевает человеку жизнь, на вооружении у нас появится первый метод, с помощью которого можно и впрямь прибавить несколько лет к биологически запрограммированному сроку жизни.

Подчеркнем, первый метод. Достижения медицины впечатляют нас… и обманывают. Да, врачи сейчас с успехом оперируют тех, кому за семьдесят, но их мастерство неспособно повлиять на абсолютную продолжительность жизни особей вида Homo sapiens. Например, и в ХVIII столетии были свои «мафусаилы», доживавшие пусть не до 969 лет, а до 90 лет. Старцы, достигшие этого рубежа, могли надеяться, что проживут в среднем еще 2,5 года. Нынешние девяностолетние вправе рассчитывать на три года. Как видите, на вершине пирамиды показатели почти не изменились.

И все-таки, если послушать генетиков, — чем и оправдывающих себя, так это неразобранной абракадаброй из миллиардов знаков, неистолкованным геномом, — то возможности их науки воистину безграничны. Даже смерть когда-то будет упразднена. Ведь и смерть — как у Кощея Бессмертного в игле — прячется у нас в генах. Сто двадцать. Триста шестьдесят. Четыреста сорок… Кто больше? Аукцион медицинских обещаний продолжается. Воистину мы с нашей средней продолжительностью жизни (54 или 55? Кто меньше?) кажемся незваными гостями на этом празднике чужого здоровья. С какой бы радостью многие из нас согласились, например, клонировать себя, лишь бы продлить свое бытие до тех пор, пока «унтер-держава» снова не начнет возвращать свои суперпозиции!

Александр Волков



См. также:
Игра с живым дилером
Выбираем геймплей по шансам
Повышение квалификации специалиста по закупкам
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005