Текст книги "Смерть должна умереть. Наука в борьбе за наше бессмертие"

Бессмертные или «пренебрежимо» стареющие организмы

Биология и эволюция настолько увлекательны и полны сюрпризов, что позволяет нам утверждать: жизнь появилась для жизни, и на это указывает пример бактерий, симметрично размножающихся в идеальных условиях. Помимо подобных им прокариотов, существуют также способные к биологическому бессмертию эукариоты, например дрожжи. Важнейшие для развития части организмов, подверженных старению, также обладают этим свойством. Так, гоноциты и стволовые клетки ядерных не меняются с возрастом, то есть являются биологически «бессмертными». Соматические клетки, напротив, стареют, и вместе с их смертью, в свою очередь, приходится погибать как зародышевой линии, так и плюрипотентным стволовым клеткам тела.

Благодаря постоянному научному прогрессу сегодня нам известно, что существуют также многоклеточные эукариоты, у которых биологически «бессмертны» не только гоноциты, но и соматические клетки. Прекрасный пример способности не стареть и регенерировать – гидры. Их название происходит от одноименного легендарного существа, у которого взамен одной отрубленной головы вырастали две. Возможно, древние греки, описывающие в известных мифах огромных чудовищ, что-то знали об этих животных.

Гидры – вид пресноводных стрека́ющих величиной всего в несколько миллиметров. Существа ведут хищный образ жизни, захватывая мелкую добычу щупальцами, полными жалящих клеток, и обладают удивительной способностью к регенерации. Будучи гермафродитами, они размножаются как бесполым, так и половым путем. Благодаря непрерывному делению клеток все книдарии[68]68
  Книдарии (от лат. Cnidaria – cтрекающие) – тип настоящих многоклеточных животных, исключительно водных.


[Закрыть] могут восстанавливаться, залечивая таким образом свои раны. В новаторской статье американского биолога Даниэля Мартинеса, опубликованной в 1998 г. в научном журнале Experimental Gerontology[69]69
  От англ. Experimental Gerontology – «Экспериментальная геронтология».


[Закрыть], говорилось[70]70
  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0531556597001137.


[Закрыть]:

«Одряхление (процесс распада, который по мере хронологического старения увеличивает вероятность смерти организма) было обнаружено у всех более-менее тщательно исследованных многоклеточных. Однако потенциальное бессмертие гидр – одиночного пресноводного представителя типа стрекающих и одного из самых ранних ответвлений многоклеточных – вызывало противоречия. Ученые предполагали, что гидра, постоянно обновляющая ткани тела, способна избежать возрастных изменений. Но подтверждавших эту гипотезу публикаций не существовало. Чтобы удостовериться в наличии или отсутствии нестарения, были проанализированы показатели смертности и репродуктивности для трех когорт гидр в течение четырех лет. Полученные результаты не предоставили свидетельств возрастных изменений: смертность оставалась крайне низкой, явных признаков снижения репродуктивных показателей не было. Вероятно, гидры действительно избежали старости и оказались потенциально способными стать вечными».

Различные виды медуз также можно считать биологически «бессмертными». Например, Turritopsis dohrnii, или Turritopsis nutricula, – некрупные животные, которые после полового размножения некоторым образом трансдифференцируют собственные клетки. Цикл может повторяться бесконечно, из-за чего существа делаются биологически «бессмертными». В этом им подобны медузы Laodicea undulata и сцифоидная Aurelia. Научное исследование, проведенное в 2015 г., отмечало[71]71
  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26690755.


[Закрыть]:

«Род Aurelia – немаловажный виновник бурного расцвета медуз в прибрежных водах. Возможно, отчасти это происходит, по гидроклиматическим и антропогенным причинам, но нельзя забывать и о высокоадаптивной репродуктивной системе этих животных. Несмотря на пластичность жизненных циклов стрекающих – в особенности наиболее изученных некоторых видов класса гидроидных – известные модификации образа жизни аурелий в основном ограничивались полиповой стадией. Но настоящее исследование задокументировало образование полипов непосредственно из эктодермы дегенерирующих молодых животных. ‹…› Это первое свидетельство обратного превращения половозрелых медуз в полипы (Aurelia, образец 1). Последовавшая в результате принципиальная перестройка схемы жизнедеятельности аурелии показала, что ранее недооцененный потенциал обращения жизненного цикла сцифоидных может получить применение в биологии и экологии».

Молекулярные процессы, происходящие в аурелиях во время этой примечательной трансформации, способны стать основой для новых методов лечения людей. Японский ученый Шин Кубота, который провел тщательные исследования так называемых бессмертных медуз и стал экспертом мирового уровня по этим животным, возлагает большие надежды на дальнейшие изыскания исследований. В статье в газете The New York Times он изложил свое видение таким образом[72]72
  http://www.nytimes.com/2012/12/02/magazine/can-a-jellyfish-unlock-the-secret-of-immortality.html.


[Закрыть]:

«Применение Turritopsis на людях – удивительная мечта человечества. Как только мы определим механизм самоомоложения медузы, то непременно достигнем великих открытий. Считаю, что мы начнем эволюционировать и становиться бессмертными».

Трехветвистых планарий (трикладид) можно разрезать на части, каждая из которых регенерирует до целого животного. Размножаются они как половым, так и бесполым путем. Исследования показали, что плоские черви, оказывается, восстанавливаются (то есть заживают) бесконечно, а бесполые особи благодаря непрерывному росту теломер обладают, по всей видимости, неограниченной способностью к регенерации, что обеспечивается обилием пролиферативно активных необластов[73]73
  Пролиферативно активные необласты – взрослые стволовые клетки.


[Закрыть]. Вот как это было описано в научной статье 2012 г.[74]74
  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3306686/.


[Закрыть]:

«Некоторые существа могут быть потенциально бессмертными или, по крайней мере, живущими крайне долго. Понимание тех эволюционных механизмов, за счет которых какие-то животные оказываются способными к вечной жизни, может пролить свет на перспективы смягчить старение и возрастные фенотипы человеческих клеток. Эти существа, должно быть, умеют замещать старые, поврежденные или больные клетки и ткани и, исходя из этого, задействуют популяцию (или популяции) пролиферативных стволовых клеток.

Трикладидов следовало бы охарактеризовать как “бессмертных под лезвием ножа”. Возможно, они обладают способностью к неограниченному обновлению дифференцированных тканей, используя набор взрослых, потенциально вечных стволовых клеток планарии».

Другие исследования показывают, что у омаров с возрастом плодовитость не утрачивается и даже не ослабевает – старые особи могут быть фертильнее молодых. Подобная продуктивность, возможно, обусловлена теломеразой – ферментом, который восстанавливает длинные повторяющиеся участки последовательности ДНК на концах хромосом, или теломерах. У большинства позвоночных экспрессия теломеразы обычно происходит на эмбриональных стадиях развития и с возрастом прекращается. У омаров же, напротив, она экспрессирована в большинстве взрослых тканей, с чем предположительно и связано их долголетие[75]75
  http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1016/S0014-5793(98)01357-X/abstract.


[Закрыть]. Впрочем, они тоже не вечны, поскольку растут путем линьки, которая требует усилий, пропорциональных размеру сбрасываемого панциря. Со временем омары, скорее всего, умирают во время смены панциря от истощения. Известно также, что старые особи перестают линять, а значит, оставшаяся оболочка неминуемо повредится, инфицируется или разрушится, что повлечет за собой смерть ее хозяина.

Американский биогеронтолог Калеб Финч, почетный профессор Университета Южной Калифорнии, один из экспертов мирового уровня по проблемам старения и сравнительному межвидовому анализу, чтобы описать те виды, у которых «нет свидетельств физиологических нарушений в пожилом возрасте, увеличения темпа смертности после созревания и признанного характерного ограничения продолжительности жизни»[76]76
  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK100401/.


[Закрыть], ввел термин «пренебрежимое старение».

Пренебрежимое старение не означает полного бессмертия, поскольку для смерти всегда найдутся причины: нападение хищников, несчастные случаи или энергетические и физические ограничения, скажем, линька или разрушение панциря у омаров. Как мы могли уяснить, бактерии – очень хрупкие существа, но и они в идеальных условиях способны жить бесконечно долго, как индивидуально, так и в группах.

Существуют клональные колонии, или совокупности генетически идентичных особей: растений, грибов или бактерий, которые выросли в одном месте из общего предка путем вегетативного размножения. Некоторые из них существуют тысячи лет. Самое крупное из известных на сегодня подобных образований – гигантское водное растение, обнаруженное в 2006 г.[77]77
  http://science.time.com/2014/02/25/worlds-oldest-things/photo/08_sussman_seagrass_0910_0753_1068px/.


[Закрыть] в проливе между островами Ибица и Форментера:

«Образующая морской луг трава посидония пустила корни 100 000 лет назад, в то время, когда наши прапращуры расписывали в Южной Африке древнейшую из известных “художественных галерей”. Колония охраняется ЮНЕСКО».

Другой кандидат на самое долгоживущее клональное формирование мира – Дрожащий гигант, или Пандо. Роща, расположенная в американском штате Юта, выросла из одиночного мужского тополя осинообразного (Populus tremuloides). По генетическим маркерам установлено, что вся колония представляет собой единое существо с массивной системой подземных корней, которые считаются одним из старейших организмов в мире (их возраст около 80 000 лет). Также определено, что растение в совокупности весит более 6600 тонн и может претендовать на звание самого тяжелого из известных живых существ[78]78
  https://www.nps.gov/brca/learn/nature/quakingaspen.htm.


[Закрыть].

Были обнаружены и другие клональные организмы возрастом более 10 000 лет – различные колонии растений и грибов, которые растут и размножаются вегетативным способом. Из отдельных особей дольше всего живут, вероятно, эндолиты[79]79
  Эндолит от др.-греч. ἐνδο – внутри и λίθος – камень.


[Закрыть]: археи, бактерии, грибы, лишайники, водоросли или амебы, обитающие внутри камней, кораллов и экзоскелетов или в порах скал, между зернами минералов. Многие из них – экстремофилы, они живут в местах, некогда считавшихся негостеприимными для любого вида жизни. По преимуществу эндолиты изучаются астробиологами, которые разрабатывают теории об эндолитических условиях Марса и других планет как потенциальных убежищах внеземных микробных сообществ. В 2013 г. международная группа ученых сообщила о крупном научном открытии, связанном с морскими эндолитами[80]80
  https://phys.org/news/2013-08-soil-beneath-ocean-harbor-bacteria.html.


[Закрыть]:

«Обнаружены бактерии, грибы и вирусы, живущие в двух с половиной километрах под океанским дном. Этим особям, скорее всего, миллионы лет, а размножаются они раз в 10 000 лет».

Существует несколько видов долгоживущих наземных и водных животных, в том числе некоторые кораллы и губки. Что касается деревьев, то наиболее точно известен возраст знаменитого Прометея, срубленного в 1964 г. для проверки срока его жизни, который составил почти пять тысячелетий, и его современного родственника Мафусаила, которому, по оценкам, 4845 лет. Кроме того, существует еще одно безымянное дерево (во избежание повреждений его местоположение не раскрывается). Согласно общедоступной информации от 2012 г., растению около 5062 лет[81]81
  http://www.rmtrr.org/oldlist.htm.


[Закрыть]. Все эти долгожители являются представителями вида сосна остистая межгорная (Pinus longaeva). Это самые долговечные из известных на сегодня отдельных организмов. Чтобы объективно представить возраст этих деревьев, задумаемся о том, что они появились, например, задолго до строительства египетских пирамид[82]82
  https://elpais.com/elpais/2017/08/16/ciencia/1502878116_747823.html.


[Закрыть].

В Уэльсе, в городе Ллангернив, в церковном саду растет тис ягодный (Taxus baccata) – Ллангернивский тис, возраст которого, по оценкам, составляет от четырех до пяти тысячелетий[83]83
  http://www.dendrology.org/site/images/web4events/pdf/Tree%20info%20IDS_05_pp41_p46_AgeingYew.pdf.


[Закрыть]. Подобные долгожители: хвойные и оливковые деревья, которые растут две, три, а то и четыре тысячи лет, есть и в других частях света – от Чили до Японии.

В Анурадхапуре (Шри-Ланка) растет священная фига вида Ficus religiosa – ее называют Джая Шри Маха Бодхи. Растение было посажено в 288 г. до н. э. Таким образом, ему более 2300 лет: это древнейшее из известных посаженных человеком деревьев. Джая Шри Маха Бодхи – прямой потомок того самого индийского дерева Бодхи, под которым Сиддхартха Гаутама, известный как Будда, сев медитировать, достиг «духовного просветления»[84]84
  http://www.srimahabodhi.org/mahavamsa.htm.


[Закрыть].

Португальский микробиолог Жао Педро де Магалхас ведет «Базу данных старения и долголетия животных» (Animal Aging and Longevity Database). Любопытный список организмов с пренебрежимой скоростью старения вместе с предполагаемым сроком жизни в дикой природе содержит максимальные значения возраста, известные для этих видов[85]85
  http://genomics.senescence.info/species/nonaging.php.


[Закрыть]:

● Циприна исландская (Arctica islandica) – 507 лет.

● Алеутский морской окунь (Sebastes aleutianus) – 205 лет.

● Красный морской еж (Strongylocentrotus franciscanus) – 200 лет.

● Каролинская коробчатая черепаха (Terrapene carolina) – 138 лет.

● Европейский протей (Proteus anguinus) – 102 года.

● Американская болотная черепаха (Emydoidea blandingii) – 77 лет.

● Расписная черепаха (Chrysemys picta) – 61 год.

Список можно дополнить описанными выше гидрами, медузами, планариями, бактериями и дрожжами в идеальных условиях. Кроме того, недавно было установлено, что гренландская полярная акула (Somniosus microcephalus) способна прожить 400 лет. В будущем нам будет чему поучиться у всех этих видов с пренебрежимым старением[86]86
  http://www.sciencemag.org/news/2016/08/greenland-shark-may-live-400-years-smashing-longevity-record.


[Закрыть].

Люди в этом плане не так сильно отличаются от животных: несмотря на то, что по преимуществу наши тела состоят из подверженных старению соматических клеток, у нас тоже имеются не подверженные старению гоноциты и плюрипотентные стволовые клетки.

Рекордсмен среди людей – Жанна Луиза Кальман, человек с самой большой официально зарегистрированной продолжительностью жизни в 122 года 164 дня. Сверхдолгожительница родилась 21 февраля 1875 г. и умерла 4 августа 1997 г., проведя все свои дни в городе Арль на юге Франции. Знакомая с Винсентом Ван Гогом, она стала единственным человеком в истории, который, без сомнения, достиг 120-, 121– и 122-летнего возраста. Кальман была очень активной: до 85 лет занималась фехтованием, до 100 – ездила на велосипеде[87]87
  https://listas.20minutos.es/lista/las-personas-mas-ancianas-de-la-historia-254001/.


[Закрыть].

В попытках выяснить о старении человека как можно больше, начиная с генетики и заканчивая питанием и факторами окружающей среды, долгожителей и сверхдолгожителей исследуют целые научные коллективы. Однако люди продолжают стареть и дряхлеть, поэтому необходимо учиться у организмов с пренебрежимым старением.

«Бессмертные» клетки Генриетты Лакс

Генриетта Лакс, при рождении получившая имя Лоретта Плезант, появилась на свет в Галифаксе (штат Вирджиния) в бедной афроамериканской семье 1 августа 1920 г., была табаководом и прежде, чем переехать в Балтимор (штат Мэриленд), вышла замуж за двоюродного брата Дэвида Лакса. Умерла от рака 4 октября 1951 г.

История Генриетты была рассказана научным журналистом Ребеккой Склут в книге «Бессмертная жизнь Генриетты Лакс»[88]88
  Склут Р. Бессмертная жизнь Генриетты Лакс. – М.: Карьера-Пресс, 2012.


[Закрыть][89]89
  https://www.amazon.com/Immortal-Life-Henrietta-Lacks/dp/1400052181/.


[Закрыть], которая вышла в 2010 г. и продержалась в списке бестселлеров два года:

«Афроамериканка Генриетта Лакс была матерью пятерых детей и в 1951 г., в возрасте 31 года, умерла от рака шейки матки. Лечащие врачи из госпиталя Джонса Хопкинса, без ведома пациентки взяв для исследования образцы опухолевых тканей, создали первую жизнеспособную, невероятно продуктивную и бессмертную клеточную линию, известную как HeLa. Эти клетки помогли совершить такие медицинские открытия, как вакцина против полиомиелита и лекарство от СПИДа».

1 февраля 1951 г. Лакс обратилась в госпиталь Джонса Хопкинса с жалобами на болезненные ощущения в шейке матки и вагинальное кровотечение. В тот же день ей диагностировали рак шейки матки с опухолью, которая показалась гинекологу, что проводил обследование, непохожей на виденные им ранее. Перед началом лечения клетки карциномы в исследовательских целях были удалены, причем без уведомления или согласия пациентки (в то время это считалось нормой). Восемь дней спустя, во время второго осмотра, доктор Джордж Отто Гай, взяв еще один образец тканей, сохранил его часть. В последнем и находились так называемые клетки HeLa (по первым буквам имени Генриетты Лакс).

Больную несколько дней лечили лучевой терапией – обычным для 1951 г. методом лечения онкологических заболеваний – после чего направили на рентгенотерапию, однако состояние Лакс ухудшилось, из-за чего 8 августа ее положили в госпиталь Джонса Хопкинса, где она оставалась до самой смерти. Несмотря на уход и переливания крови, 4 октября 1951 г. женщина скончалась от почечной недостаточности. Последующее частичное вскрытие показало, что рак метастазировал в другие части тела.

Опухолевые клетки Генриетты были тщательно изучены доктором Гаем. Он обнаружил, что HeLa обладают невиданными свойствами: оставались живыми и росли в клеточной культуре. Они стали первыми биологически «бессмертными» (не погибающими после нескольких делений) человеческими клетками, пригодными для выращивания в лаборатории, а потому могли быть использованы во множестве экспериментов. Это принесло колоссальный прогресс медицинским и биологическим исследованиям.

Врач и вирусолог Джонас Солк применил HeLa при разработке вакцины от полиомиелита: чтобы протестировать ее, он запустил процесс быстрого массового размножения «бессмертных» клеток (сегодня это считается первым «промышленным выпуском» человеческого биоматериала). Поскольку HeLa допускали серийное воспроизводство, их разослали ученым по всему миру для исследований рака, СПИДа, воздействия радиации и токсичных веществ, генетического картирования и других бесчисленных научных целей. Также клетки HeLa применялись для изучения чувствительности человека к липкой ленте, клеям, косметике и многим другим продуктам повседневного использования.

С 1950-х гг. было произведено более 20 тонн HeLa; в 1955 г. они стали первыми клонированными человеческими клетками. По связанным с ними продуктам выдано более 11 000 патентов; по всему миру проведено более 70 000 научных опытов. При помощи этих клеток разработаны новые методы генной терапии и препараты для лечения таких недугов, как болезнь Паркинсона, лейкемия, рак молочной железы и прочие онкологические заболевания[90]90
  http://hamptonroads.com/2010/05/cancer-cells-killed-her-then-they-made-her-immortal.


[Закрыть].

HeLa – старейшая на сегодня лабораторно выращиваемая человеческая клеточная линия – используется чаще остальных. В отличие от нераковых, в лабораторных условиях эти клетки могут культивироваться постоянно, поэтому их и называют «бессмертными». Благодаря им стало известно, что прочие виды злокачественных опухолей тоже являются биологически «бессмертными», то есть не стареют.

Клетки HeLa чрезвычайно пригодились и в онкологии. Они разрастаются аномально быстро, даже для раковых клеток, и во время деления в них присутствует активная теломераза – фермент, который предотвращает постепенное, связанное с клеточным старением и отмиранием укорачивание теломер. Как мы увидим в следующей главе, линии HeLa удалось избежать предела Хейфлика (ограниченное количество делений, на которые способны большинство нормальных клеток в культуре).

В отличие от всех прочих болезней, великая трагедия рака заключается в том, что его клетки непрерывно размножаются и не стареют. Вот почему рак необходимо ликвидировать, и чем скорее, тем лучше. Сам по себе он не погибает, а напротив, продолжает расти и распространяться по всему телу. Можно сказать, что пока метастазы не разрастаются, и больной не умирает, «пищей» рака становится все тело пациента.

Возможно ли биологическое «бессмертие»?

Мы видели, что фактически неувядающие организмы (то есть с пренебрежимым старением) существуют. Мы также отметили, что в наших телах не стареют как «худшие» (раковые), так и «лучшие» (герминативные) клетки. Поэтому не стоит задавать вопрос: «Возможно ли биологическое бессмертие?» Оно существует.

Как мы уже успели обсудить, задать следует другой вопрос: «Когда мы сможем остановить возрастные изменения человеческого организма?»

В статье «Научное завоевание смерти» (The Scientific Conquest of Death)[91]91
  http://www.imminst.org/SCOD.pdf.


[Закрыть] Майкл Роуз, американский биолог из Калифорнийского университета и специалист по теориям старения, объяснил, каким образом можно достичь биологического «бессмертия»:

«Универсально ли старение? Конечно, нет. Если бы ему было подвержено все, то было бы невозможно продолжительное, в течение миллионов лет, выживание “зародышевой линии” (клеток, ответственных за производство наших гамет). Все те бананы, что вы съели, в большинстве своем выросли из бессмертных клонов.

Даже у млекопитающих, чья генеративная часть отделяется от соматической чрезвычайно рано, выживание и репликация клеток, ответственных за производство гамет, длились сотни миллионов лет. Жизнь может продолжаться неограниченно долго.

Но, пусть даже она и способна к вечному размножению, существуют ли нестареющие биологически «бессмертные» существа? По поводу смерти нужно сразу прояснить такой момент: неправда, что для уничтожения подопытных экземпляров необходимы возрастные изменения. Гибель представителя вида в лаборатории не означает, что теоретически он не вечен. Случайные механические травмы смертельно опасны для многих мягкотелых растений, животных и микроскопических созданий. Смертельные мутации могут убить в любом возрасте и в любое время. Равно как и невозможно неограниченно долго оберегать живое существо от всех болезней.

Отмена старения не подразумевает полную неспособность к смерти. Таковая свойственна и “вечным” видам, просто те уходят из жизни не из-за систематического, эндогенного и неотвратимого процесса саморазрушения, а по иным причинам. Гибель – не старение. Биологическое бессмертие не освобождает от летального исхода.

Для доказательства бессмертия будет достаточно вывода о том, что в темпах выживания и размножения отсутствуют признаки старения. У растений и простых животных, например актиний, подобные закономерности, бывало, подмечались случайно. Однако самые лучшие количественные данные были представлены Мартинесом, изучавшим смертность гидр – водных животных, некогда служивших основой уроков биологии в средней школе. Исследователь обнаружил, что выживаемость подопытных не снижалась в течение очень продолжительного времени. Гидры действительно умирали, но не по схеме, предполагавшей возрастные изменения. Другие ученые собрали сопоставимые данные о мелких животных: некоторые из них, размножавшиеся бесполым путем, оказались бессмертными, некоторые нет.

Кроме того, если учесть эволюционное бессмертие всего живого, апеллировать к законам термодинамики, ограничивающим срок жизни, явно некорректно. В любом случае подобные утверждения откровенно непрофессиональны, поскольку законы применимы только к замкнутым системам, а жизнь планеты к таковым не относится: на Землю постоянно и обильно поступает энергия от Солнца.

Таким образом, некоторые из самых глубоких предрассудков относительно бессмертия, безусловно, ложны. Старение не универсально. Биологически «вечные» организмы существуют».

Роуз – пионер в исследовании долголетия на плодовых мухах Drosophila melanogaster, которым он сумел продлить жизнь в четыре раза. В 1991 г. он опубликовал книгу «Эволюционная биология старения» (Evolutionary Biology of Aging), в которой выдвинул гипотезу о том, что старение вызывается генами, положительный эффект которых проявляется в раннем возрасте, побочный, старение, – значительно позже. Из-за преимуществ, которые гены предоставляют в юности, эволюция выказывает к ним благосклонность. Автор также утверждает, что, как показали его эксперименты, благодаря которым жизнь модельного организма Drosophila melanogaster была продлена в четыре раза, возрастные изменения можно остановить на поздних этапах жизни.

Как и Роуз, мы думаем, что старение можно замедлить, остановить и, конечно же, обратить вспять. Доказательство концепции уже было получено на других организмах. Вопрос в том, чтобы достичь того же, но применительно к людям. Пора переходить от теории к практике.