Старение – сложный процесс, затрагивающий все уровни организации живого существа, от молекул до органов и тканей и включающий множество разных повреждений, которые с возрастом накапливаются с разной скоростью в клетках разного типа. Поэтому вопреки мнению большинства экспертов, утверждающих, что старение – биологически запрограммированный процесс, неминуемо ведущий к смерти, появляется все больше свидетельств того, что старение не предопределено на генетическом уровне (Кирквуд Т., 2010).
По мнению бывшего научного сотрудника Сибирского отделения Академии медицинских наук М. Зайцева поиск генов старения бесперспективен. Клетки человека обновляются в среднем один раз за 100 дней. Или почти 300 раз за 80 лет! Получается, что человек умирает от старости, имея молодые клетки!
Учёные из Стэнфорда и ряда других университетов под руководством Стюарта Кима попытались найти гены долгожительства, проанализировав геномы семнадцати супердолгожителей – шестнадцати женщин и одного мужчины старше 110 лет. Большинство из них сохранили здоровье и работоспособность. К удивлению исследователей, никаких редких или необычных генов у исследованных супердолгожителей не оказалось. Ранее исследователи показали, что и в образе жизни супердолгожителей нет достоверных отличий от обычных людей (Кim Stuart K. et al., 2014).
Об этом же говорит и случай с феноменальным омоложением японки Сэй Сенагон (Федотов Г., 2012). Достигнув 75 лет от роду, эта женщина вдруг, по не установленной еще наукой причине вновь начать омолаживаться. При этом она почувствовала необъяснимые изменения в своем организме. Сначала у нее исчезла седина, и волосы приобрели былой блеск и черный цвет. Затем стали кровоточить десны и стали резаться зубы, так что она не могла носить зубной протез. А дальше последовали и вовсе фантастические события. У Сэй стала разглаживаться кожа на теле и лице, мышцы приобрели былую эластичность, канули в небюытие приступы остеохондроза и прочие старческие болячки, и уже через пару лет Сэй перестали узнавать подруги на улице, поскольку она помолодела лет на двадцать. Еще через некоторое время у нее возобновился менструальный цикл, она разошлась со своим супругом и вышла замуж за 40-летнего банковского служащего, который утверждает, что Сэй выглядит не старше тридцати. Сегодня Сэй серьезно опасается, что если процесс ее омоложения сохранит нынешние темпы, то лет через 15 она превратится в 10-12-летнюю девочку! «Феноменальную» Сэй тщательно обследовали в Институте геронтологии. Ученые рассматривали две версии: передозировка гормональных препаратов и – генетический сбой. Так вот обнаружить заветный «ген молодости» у Сэй Сенагон пока не удалось.
Учёные делают вывод о том, что дело не в наличии определённых генов, а в их активности – то есть в тех далеко не до конца понятых процессах регуляции работы генов, которые называют эпигенетикой (см. раздел 1.2).
Генетики, говоря о разнице в скорости старения, объясняют её тем, что в какой-то момент влияние внешних факторов (по их мнению избыточных калорий) нарушает регуляцию работы генов, а точнее – биологических систем считывания и передачи генетической информации. Поэтому способом борьбы со старостью, по их мнению, является не только соблюдение диеты, но и коррекция работы этого природного механизма (Первушин А., 2012).
В 1996 году житель Магнитогорска, по профессии врач-генетик, Андрей Завьялов выпустил небольшую брошюру под названием «Игры эволюции». В ней он попытался объяснить увеличение числа детей – уродцев тем, что человечество как биологический вид в последние два столетия вступило в фазу активного трансформирования. И во многом этому способствовало изменение экологической обстановки, биохимического состава пищи воды.
По мнению Николая Марковича Эмануэля, с живыми существами происходят точно такие же процессы, каким подвергаются различные «неодушевленные» вещества: постепенно накапливаются различные повреждения его структуры, то есть изменения его химических и физических свойств.
Сегодня ученые считают, что мельчайшие частицы, из которых состоит клетка, в процессе своей жизни неизбежно «портятся». С годами накапливается все больше молекулярных повреждений. Сначала защитные силы организма с ними справляются, а потом перестают. И вот какая-то очередная «поломка» убивает человека. Поэтому, чтобы «вылечить человека от старости», нужно лечить не орган, а… молекулу. То есть, по мнению ученых первые причины старения имеют молекулярную природу.
Раньше полагали, что клеточный суицид (апоптоз) – свидетельство запрограммированности старения. С возрастом частота актов апоптоза повышается, и этот процесс, несомненно, делает свой вклад в старение. Но сегодня мы знаем, что апоптоз скорее способствует выживанию, поскольку освобождает организм от повреждённых клеток, которые могут превратиться в раковые. Апоптоз чаще случается в «старых» органах, поскольку их клетки больше пострадали от различных вредных воздействий.
Алексей Оловников, автор признанной всеми генетиками «теломеразной гипотезы» (теломеры – частицы ДНК, которые укорачиваются с возрастом, наши внутренние часы), в 2003 году выдвинул новую теорию – редумерную. Согласно ей, генов старения не существует, но есть программа контроля над организмом при помощи особых молекул ДНК, которые Оловников назвал редумерами. По этой гипотезе, на срок жизни влияют внешние факторы – гравитационные лунные ритмы, которые модулируют активность гормонального статуса нейронов (Тельнов Г., 2012).
Идею колоссального влияния факторов внешней среды на организм первым в России выдвинул Сергей Боткин. Многие болезни он лечил, проводя целенаправленную климатотерапию (Лескова Н., 2012).
По мнению президента США Обамы главной угрозой человечеству сейчас является изменение климата. Содержание диоксида углерода превышает его содержание 800 000 лет назад (передано по СЕТЯМ НН в 23 часа 03. 08. 2015 г.).
Впервые идею жизненной изношенности предложил в 1882 году немецкий биолог Август Вейсман. Смысл ее состоит в том, что в процессе жизни клетки организма постепенно изнашиваются и перестают делиться. Именно этому ученому принадлежит идея рассматривать старение как процесс, появившийся в результате эволюции.
По мнению директора НИИ ФХБ им. А. Н. Белозерского академика РАН, доктора биологических наук, профессора В. П. Скулачева («В мире науки», 2008, №11) «Человек должен быть не только разумным, но и раскованным, сбросившим оковы, надетые на него эволюцией. Старение как механизм, ускоряющий эволюцию, нам не просто не нужно, но еще и вредно. Сейчас старение – это атавизм, контрпродуктивная программа, которая была бы выгодна для вида Homo sapiens, если бы он еще эволюционировал, но крайне невыгодна для индивида. Наша задача вывести человека в разряд нестареющих животных, а такие есть».
Аналогичного мнения придерживается и доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной радиобиологии и геронтологии Института биологии Коми НЦ УРО РАН А.А. Москалёв (2015): «Часто приходится слышать, что старение не является болезнью, это естественный процесс, задуманный природой. Это не так. Для эволюции было важно, чтобы индивид как можно скорее достиг половой зрелости и произвёл на свет потомство, даже если механизмы, обеспечивающие эти события, имеют неблагоприятные последствия в старости… то, что происходит с индивидом после оставления и воспитания потомства, для эволюции уже не имеет значения. Таким образом, у нашего вида постепенно накапливались варианты генов, имеющих отсроченные негативные последствия для здоровья. Но эти последствия, то есть старение не стоит рассматривать с точки зрения физиологической нормы, сформированной естественным отбором, – это не более чем побочный эффект».
Не секрет, что в процессе эволюции на нашей планете неоднократно происходили климатические катаклизмы. Изменялась температура атмосферы и гидросферы, влажность, содержание кислорода. В результате этих процессов происходили видоизменения растительного и животного мира. Нельзя не предположить, что физиологические и анатомические изменения (метаморфоз) коснулись и наших предков, у которых произошли изменения в системе дыхания, в частности, изменилась кровь – состав, количество и внутреннее строение форменных элементов крови (ФЭК). В результате был нарушен гомеостаз организма и ослабел антиоксидантный статус. Это не могло не отразиться на здоровье и долголетии человека.
Согласно Библии продолжительность жизни людей резко сократилась после Всемирного потопа, то есть после изменения климата.
Так Адам, первый человек на Земле, прожил 930 лет, народив многочисленное потомство. Сын Адама, родившийся, когда Адаму было 130 лет, прожил 912 лет. Ной скончался на 951 году жизни. Иаред почил в бозе в 962 года. А Мафусаил дотянул до 969 лет. Однако после Всемирного потопа сын Ноя – Сима, прожил только 600 лет. Прошло еще немного времени, и, по тем же библейским преданиям, продолжительность жизни стала еще более сокращаться. Ближайшие потомки героев Библии жили уже по 400, потом 200 и в последнее время немногим более 100 лет. Авраам прожил 175 лет, Исаак – 180, Иосиф – 110, а знаменитый Моисей – 120. Ученые пока со всей определенностью не могут сказать, почему происходило сокращение продолжительности жизни. Возможно, из-за вредного воздействия окружающей среды или из-за утраты секретов продления жизни (Борисов Р., 2003).
Поэтому идею колоссального влияния факторов внешней среды на организм человека нельзя не принять во внимание.
Сегодня мы знаем, что основную роль в детерминировании физиологических особенностей организма играют гены. Одновременно появляется всё больше свидетельств того, что окружающая среда и различные жизненные обстоятельства тоже влияют на активность наших генов и, следовательно, на проявление тех или иных признаков (Нестлер Э., 2012).
Биологическое наследие, получаемое от нас детьми, включает в себя нечто большее, чем просто нуклеотидные последовательности родительских генов. Они получают от нас и так называемую эпигенетическую информацию, влияние которой распространяется не только на первое поколение, но и на внуков и даже правнуков. Подобно ДНК, эпигенетическая информация хранится в хромосомах. В частности, она существует в виде небольших молекул, которые присоединяются к ДНК и хромосомным белкам. Однако эпигенетическая информация чётко обособлена от самой ДНК, изменяется в ответ на сигналы из окружающей среды и участвует в регуляции клеточных функций (Скиннер М., 2015).
Воздействие внешних факторов на животных и растения (например, контакт с некоторыми загрязняющими веществами или стресс различной природы) может повлиять на состояние здоровья потомства без каких-либо изменений в ДНК. Эффект от подобных воздействий может сохраняться на протяжении ряда поколений вследствие специфических процессов, протекающих в репродуктивных клетках (сперматозоидах, яйцеклетках и их клетках-предшественниках). Так называемое эпигенетическое наследие может затягивать и более далёких потомков через изменение расположения специфических маркеров, связанных с ДНК.
В 1990-х гг. исследователи выявили множество эпигенетических маркеров, которые могут легко включать и выключать целые серии последовательно расположенных генов, независимо от информации, заключённой в ДНК. В поле зрения учёных попали также особые РНК, называемые некодирующими. На них ничего не синтезируется, но они могут взаимодействовать с эпигенетическими маркерами, находящимися на ДНК и гистонах. Процесс взаимодействия между геномом и эпигеномом крайне изменчив и до сих пор во многом остаётся загадочным.
Малейшие изменения эпигенетической информации влияют на активацию тех или иных генов в клетках, находящихся в различных частях организма. Вредные химические вещества, недостаточное или несбалансированное питание и другие стрессовые воздействия (изменение климата, патогенные микроорганизмы) могут спровоцировать присоединение или удаление эпигенетических маркеров, что, в свою очередь, повлияет на активность генов, а значит, и на работу тканей и органов. Эпигеном может полностью выключать некоторые участки генома. Например, существует множество генов, кодирующих обонятельную систему, в которых мы не нуждаемся. Поэтому они «выключены» эпигеномом посредством химической модификации ДНК. А значит, наиболее важной ролью эпигенетических маркеров (если не самой целью их существования) может оказаться резкое увеличение изменчивости особей в популяциях различных организмов.
В исследовании Манела Эстеле из Барселонского университета (Каталония) показано, что существование взаимовлияния между генетическим и эпигенетическим вариантами модификации у человека, позволяет добиться тонкой настройки для идеального соответствия разным средам обитания (Бёрч Х., 2013). А поскольку эпигенетические изменения происходят в тысячу раз чаще, чем генетические, то эпигенетический уровень управления позволяет человеку адаптироваться гораздо быстрее. Люди могли использовать этот режим мгновенной адаптации для быстрого изменения пигментации кожи, а также для защиты от таких заболеваний, как корь и гепатит В. «Если организму человека или животного требуется быстрое изменение, дающее преимущество в выживании, то, скорее всего, сначала произойдет эпигенетическая модификация, – утверждает Манел. – В нашем исследовании также показано, что существует взаимовлияние между генетическим и эпигенетическим вариантами модификации у человека, что позволяет добиться тонкой настройки для идеального соответствия разным средам обитания».
Таким образом, человеческое тело модифицируется в зависимости от состояния среды при наличии эпигенетического уровня управления. То есть известное изречение «среда формирует человека» соответствует действительности.
В начале прошлого десятилетия, когда в рамках международного проекта Human Genome Project впервые была получена полная последовательность нуклеотидов, составляющих человеческую ДНК. Геном был прочитан, и оказалось, что лишь ничтожные его проценты заняты генами, то есть последовательностями, кодирующими белковые продукты. Тут же встала задача разобраться, для чего нужны остальные девяносто с лишним процентов. Специалистам стало очевидно, что геном должен содержать регуляторные области, управляющие активностью генов. Такие элементы генома предопределяют, при каких условиях и в каком количестве будет производиться тот или иной белок (Тулинов Д., 2012).
В сентябре 2012 г. международный консорциум ENCODE (в него входит 32 лаборатории из нескольких стран) опубликовал данные о функциональных элементах генома человека. Учёные выявили и проанализировали те области, которые взаимодействуют с белками, либо влияют на упаковку молекулы в хроматине, либо служат матрицей для РНК. Суммарная величина таких участков составила 80% ДНК.
Стало понятно, что регулирующая часть генома значительно превышает кодирующую. Согласно ENCODE, только сайты связывания факторов транскрипции занимают минимум 8% генома – это неожиданно много. Любопытно, что эти две части, по всей видимости, по-разному эволюционируют. В целом гены стабильнее, нежели регуляторные элементы, которые варьируют от вида к виду в гораздо большей степени.
Проект ENCODE показал, что картина генетических взаимодействий куда более сложна и запутанна. Геном представлялся раньше как отдельные островки-оазисы, раскиданные по близлежайшей пустыне. Теперь его можно представить в виде хитросплетённой сети или, если придерживаться географических образов, непролазных джунглей. Четыре пятых генома биохимически активно, а влияние его частей друг на друга весьма разнообразно. Многое указывает на то, что именно в регуляции содержится ключ ко многим индивидуальным особенностям человека.
В первую очередь результаты исследования механизмов регуляции генов важны для медицины. Так, в рамках работы ENCODE было установлено, что большинство однонуклеотидных полиморфизмов (различий между людьми в одну букву генома), связанных с той или иной болезнью, находится не в генах, а внутри функциональных элементов либо поблизости от них.
О проекте
О подписке