Рецепты молодости от современной науки

Так уж устроен мир, что все живое рождается, стареет и умирает. Издавна люди пытались найти эликсир молодости, но все усилия были тщетны. И вот в конце ХХ века ученые снова задумались, а так ли неумолим ход времени. И оказалось, что у людей есть теоретический шанс если не на бессмертие, то, по крайней мере, на очень долгую молодость. Рассказать о ведущихся в этом направлении работах мы попросили академика Российской академии наук Владимира Петровича Скулачева, директора Научно-исследовательского института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского Московского государственного университета.

- Владимир Петрович, почему человек стареет?

- На это есть две точки зрения. Одна — каноническая и господствующая: стареем, потому что живое существо — система сложная и не может работать без ошибок. Не удивительно, что то тут, то там происходят поломки. Правда, известно, что в организме есть механизмы, исправляющие поломки, но до определенного предела. После этого предела исправляющий механизм начинает ломаться тоже. А когда он сломался, «новые запчасти» ставить бесполезно — все равно выйдут из строя.

- А другая точка зрения?

- Другая точка зрения — диссидентская. Она восходит к религиозным представлениям о смерти: «Люди смертны, потому что Бог им положил такой срок на земле». Поэтому она и отталкивает от себя многих естествоиспытателей, в большинстве своем атеистов. Однако вполне серьезный человек, основоположник генетики, Август Вейсман 120 лет назад выступил с лекцией, наделавшей много шума. Он сказал: «Бессмертие было бы роскошью без всяких проистекающих из этого преимуществ. Старые организмы должны освободить место молодым, поэтому они не просто бесполезны, но и вредны. А смерть — это нечто вроде адаптации, которая возникла в процессе эволюции, для того, чтобы от них избавляться». То есть слово «Бог» он заменил словом «эволюция».

- А также его можно заменить словом «природа».

- Да, или словом «природа». Этим Вейсман обезоружил тех, кто считал идею запрограммированной смерти клерикальной. Надо сказать, что Вейсман впоследствии все реже цитировал свою лекцию, хотя и не отказывался от своих слов. Тем не менее на рубеже ХIХ-ХХ веков, времени расцвета науки и техники, его идея стала очень популярной.

В 50-е годы прошлого века будущий нобелевский лауреат английский биолог Питер Медавар (получил премию в 1960 году за цикл работ по исследованию реакций организма на антигены при трансплантации.— Прим. ред.) написал книгу, в которой, казалось бы, не оставил от концепции Вейсмана камня на камне. Его идея проста — смерть не может быть адаптацией, потому что в дикой природе до старости никто не доживает. Животные обычно погибают намного раньше в когтях хищников или от инфекционных болезней. С тех пор Медавара, бывшего непререкаемым авторитетом в науке, цитируют как ниспровергателя идеи Вейсмана. Поэтому за полвека, прошедшие со времени появления работы Медавара, точка зрения, что смерть может быть запрограммирована, стала совсем непопулярной.

- То есть можно сказать, что сейчас во взгляде на старение и смерть господствует «теория случайных поломок»?

- Она всегда господствовала, но никогда не переводились ее оппоненты. По остроумному замечанию украинского геронтолога В. П. Войтенко, нелепо говорить о том, что мы стареем, как механизм, потому как ясно, что телега стареет иначе, чем лошадь. Год назад появилась блестящая работа американского ученого Джефа Боулза, в которой он шаг за шагом прослеживает ошибки Медавара и доказывает правомочность точки зрения Вейсмана.

- Какой теории придерживаетесь вы?

- Я — сторонник того, что смерть была запрограммирована в ходе эволюции, то есть я — за Вейсмана.

- Раз вы говорите, что смерть могла появиться в ходе эволюции, значит, должны быть какие-нибудь нестареющие организмы?

- Вопрос не совсем правомерный. Можно допустить, что смерть оказалась настолько выгодной для совершенствования живых организмов, что бессмертных существ на земле просто уже не осталось.

- А все-таки, есть на земле бессмертные живые существа?

- Да, есть, бактерии. Бессмертны раковые клетки, правда, клетки — не организмы. А вот бактерии — одноклеточные живые существа. И никаких признаков старения у них нет, от старости они не умирают.

- Есть ли какие-либо основания утверждать, что смерть — генетическая программа, приобретенная живыми организмами в ходе эволюции? Что говорит по этому поводу современная биологическая наука?

- Страшный удар по воззрениям Медавара был нанесен приблизительно 20 лет назад, когда открыли программируемую смерть клеток, их самоубийство — апоптоз (об этом «Наука и жизнь» писала в № 8 за 2001 год.— Прим. ред.). Термин «апоптоз» ввел в науку древнеримский врач Гален. Он заметил, что если надломить ветку, с которой уже начала опадать листва, то листопад прекращается и листья, хотя и меняют цвет, остаются на ветке. То есть опадание листьев, в отличие от их омертвления на сломанной ветке,— физиологический процесс, преднамеренное самоубийство листьев. Сегодня слово «апоптоз», означающее «опадание листьев», применяется к физиологичес кому явлению — самоубийству клеток.

Оказалось, что все клетки имеют генетически запрограммированные механизмы самоубийства. Клетка — страшный ипохондрик, она все время норовит «наложить на себя руки». Ее все время нужно «просить» (с помощью специальных биохимических сигналов) — «продолжай жить, продолжай жить».

- А бактерии и раковые клетки «покончить с собой» не могут?

- Раковые клетки этого не делают никогда, а бактерии иногда пользуются этим способом, но в ограниченном числе случаев.

- Как связаны апоптоз и старение живых организмов?

- После открытия апоптоза ученые задались вопросом, является ли он только свойством клеток или это общий закон, «работающий» как на более низком (субклеточном), так и на более высоком уровне. Могут ли запрограммирова нно покончить с собой органы или даже целые организмы? Если могут, то тогда не исключено, что смерть от старости — это самоубийство, а не неизбежное накопление поломок, и Вейсман был не так уж и неправ.

- Почему вы сами стали последователем воззрений Вейсмана?

- Дело в том, что я всю жизнь занимался энергетикой клетки. Клетке для жизнедеятельности необходима энергия. Она получает ее из окислительных процессов. Это сложная цепочка ферментативных превращений, в результате которых атмосферный кислород претерпевает четырехэлектронное восстановление и образуется вода. Но иногда восстановление кислорода проходит не полностью, и тогда в клетке образуются ядовитые химически активные соединения — радикалы. Один из них — радикал ОН•(точка обозначает неспаренный электрон) настолько опасен, что даже может разрушить любую молекулу в наших клетках, включая ДНК.

Я стал задумываться, зачем клетка допускает образование внутри себя веществ, несущих прямую угрозу ее существованию. Более того, их появление в клетке не случайно — существуют определенные ферменты, катализирующие их синтез. Значит, клетка производит смертельный для нее яд по записанной в геноме программе.

Считается, что разрушительные радикалы образуются на поверхности клеточной мембраны для того, чтобы бороться с какими-либо врагами вне этой клетки, например с бактериями. Но все дело в том, что радикалы образуются и внутри клетки, где бороться вроде бы не с кем. Многие ученые считают это явление несовершенством, ошибкой эволюции.

- А что, в живых системах и вправду встречаются подобные несовершенства?

- Несомненно. К примеру, человек же не умеет летать… Несовершенство налицо.

- А для чего нужны ядовитые радикалы внутри живой клетки на самом деле?

- Для совершения акта самоубийства клетки. Вообще апоптоз — это результат целого каскада биохимических реакций. И одно из звеньев этого каскада — образование токсичных ОН•-радикалов. Они помогают клетке убить себя.

- Зачем клетки «уходят в апоптоз»?

- По многим причинам. Одна из основных — появление «бездомных» клеток. Клетки в организме «привязаны» к определенному органу, существуют только в соответствующем биохимическом окружении. И если вдруг какая-либо клетка случайно попадает в «чужой» орган или ткань, то она быстро «кончает жизнь самоубийством». Или вот другой пример — развитие человеческого эмбриона. На определенной стадии у него появляется хвост, который потом исчезает. Клетки хвоста тоже «уходят в апоптоз». Апоптирующая клетка отмирает очень аккуратно: она как бы сама себя разбирает на части, которые соседние клетки впоследствии используют в качестве строительного материала. Этим апоптоз отличается от травматической гибели клеток — некроза, когда разрывается клеточная мембрана и содержимое клетки выплескивается наружу.

Предраковые клетки тоже уничтожают сами себя с помощью апоптоза. В половине случаев рак появляется тогда, когда «ломается» ген, кодирующий белок p53, который «следит» за поломками в ДНК. При их обнаружении он посылает предраковой клетке с измененным генетическим материалом сигнал «покончить жизнь самоубийством».

- А как эта концепция связана с распространенной точкой зрения, что рак возникает из-за сбоя в иммунной системе, в результате которого иммунные клетки перестают распознавать и уничтожать чужеродные предраковые клетки?

- Дело в том, что иммунные клетки не просто уничтожают предраковые — они посылают им биохимический сигнал о самоубийстве. Но если вдруг изменения в генетическом аппарате клетки зашли слишком далеко, она перестает «подчиняться» сигналам, которые посылает ей иммунная система, и перерождается в раковую. Методы химиотерапии основаны на том, чтобы не столько уничтожить раковые клетки — это, как правило, невозможно,— сколько заставить их «подчиняться» сигналам иммунной системы, которая «настоятельно рекомендует» им покончить с собой. Химиотерапия активирует апоптоз, поэтому она страшна также и для многих здоровых клеток.

- Для чего еще необходим апоптоз организму?

- Он нужен еще и для «дезинфекции». Клетка, зараженная вирусом, тоже получает биохимический сигнал о самоуничтожении.

- Итак, апоптоз — система обновления клеток. Как же она может быть связана со старением? Скорее уж с омолаживанием…

- Да, в самом явлении апоптоза ничего плохого для организма нет. Давайте на минуточку забудем о старении и подумаем об апоптозе и химически активных токсичных радикалах — сейчас точно известно, что эти явления между собой связаны. На клеточном уровне мы проблему уже обсудили. Теперь рассмотрим субклеточный уровень, то есть что происходит внутри клетки. В каждой клетке содержится множество органелл, иногда до тысячи. Может ли покончить с собой одна из составляю щих живой клетки? Оказалось, может. Нами было показано, что в энергетических станциях клетки — субклеточных органеллах митохондриях — есть белок, очень чувствительный к концентрации свободных радикалов. Если происходит избыточная продукция, он «убивает» митохондрию. Я назвал это явление «митоптоз».

- Митоптоз открыли в вашей лаборатории?

- Нет, он был мною предсказан, а экспериментальные доказательства получила Авила Толковски в Кембридже. Поэтому теперь я смело могу утверждать, что апоптоз имеет место и на субклеточном уровне. Что касается надклеточного уровня, очень часто погибающая клетка увлекает за собой в апоптоз и своих ближайших соседей. По-английски они называются bystanding cells, то есть клетки — случайные свидетели. «Покончить с собой» может как группа клеток, так и целый орган, как это случается с хвостом наших эмбрионов.

Итак, уничтожить сами себя могут органеллы, клетки, группы клеток, целые органы. Почему бы не сделать еще один шаг и не допустить, что такое же может иметь место и для организма в целом? Что, когда организм биохимически «неправильно себя ведет», включается какой-то карательный механизм, заставляющий его уйти из жизни?