УМНЫЙ ЧЕТВЕРГ

Дмитрий Кнорре — известный московский биолог, выпускник биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. В настоящее время является научным сотрудником НИИ Физико-Химической биологии имени Н.А. Белозерского. Известен также как автор множества научных статей. Свободное время Дмитрий посвящает популяризации любимой науки, в том числе разработке игр, моделирующих функционирование различных экосистем.

В этой лекции автор не даёт прямого ответа на вопрос «Как победить старение?». Хотя бы потому, что мировое научное сообщество всё ещё задаётся этим вопросом и продолжает искать ответы. Дмитрий Кнорре лишь раскрывает суть некоторых вещей, поняв которые вы сможете попытаться ответить на вопрос самостоятельно.

Что такое старение и когда наступает старость?

Старение — процесс, при котором вероятность поломки (смерти) системы увеличивается. Если вероятность поломки системы с течением времени не меняется, это значит, что эта система не стареет. При этом под системой мы необязательно подразумеваем живой организм. Автомобиль — тоже система, и она стареет с течением времени. Все мы прекрасно понимаем, что автомобиль 2000 года выпуска сломается с большей вероятностью, нежели новый, и это обусловлено старением системы, и по этой причине разница в их стоимости так заметна. В качестве нестареющей системы приведу свой любимый пример: город. Вероятность того, что какой-нибудь Железногорск, построенный в советские времена, полностью разрушится от старости не больше и не меньше вероятности того, что будет уничтожен по этой же причине какой-то более древний город.

Что же всё-таки насчёт человека?

Человек — это тоже биологическая система, и, к сожалению, она тоже стареет, как и очень многие биологические системы. Начиная с 20-30 лет вероятность смерти человека неуклонно растёт, а в районе 50—60 лет резко повышается. Это позволяет нам выявить некий предел, до которого человек может дожить. Сейчас зарегистрированный наукой предел — 122 года. Жанна Луиза Кальман, француженка, дожила до этого возраста.

Во сколько лет человек начинает стареть?

Это сильно зависит от условий, в которых находится организм. Если мы живем в городе, у нас в близком доступе больницы, лекарства — это одна система. А если мы существуем в тяжелых условиях, то, естественно, ситуация совершенно другая, и вероятность поломки и прекращения существования живого объекта в такой ситуации будет тоже немного другая.

В какой-то момент исследователи решили посмотреть, как зависит успех восхождения на Эверест от возраста человека. Оказалось, что где-то в 35-40 лет происходит резкий перелом, и шансы дойти до вершины сильно сокращаются, в норме каждый третий дойдёт до вершины. А если человеку больше 60 лет, то ещё и резко увеличивается шанс того, что человек не просто не дойдёт до вершины, но и погибнет во время попытки восхождения. То есть, экстремальные условия увеличивают вероятность поломки человеческого организма начиная с 35 лет.

Еще пример про участие в Олимпийских играх. Ученые стали записывать, сколько было лет победителям Олимпийских игр по борьбе. Оказалось, что почти все победители были в возрастном диапазоне от 25 до 28 лет, а после 30 шансы на победу резко уменьшались. О чем это говорит? Ведь люди продолжали тренироваться, увеличивали свой опыт, но уже вот после 28-29 лет шансы выиграть Олимпийские игры снижались. Это было связано с тем, что, начиная с определенного возраста, вероятность отказа системы, вероятность снижения её эффективности увеличивается. Всё это я говорю для того, чтобы было понятно, насколько система зависит от условий, в которых она находится, и насколько из-за этого лабильно понятие старения. В чем-то мы начинаем стареть в 25 лет, а в чем-то — только в 60.

Какие механизмы участвуют в старении?

Повреждение клеток кислородом

Многие реакционноспособные соединения достаточно токсичны. Если мы начинаем взаимодействовать с высокоактивной химией, то она для нас может быть достаточно опасна. Есть одна молекула, которая очень токсична для живых систем, но они научились жить в условиях высокой её концентрации — это молекула кислорода. В атмосфере у нас порядка 19% кислорода, и, тем не менее, мы себя в ней хорошо чувствуем. Но на самом деле для биологических систем кислород — это очень-очень страшный яд. Кислород — очень реакционноспособная молекула, она может взаимодействовать с многими молекулами живых организмов. Для анаэробных бактерий кислород токсичен в очень-очень низких концентрациях.

А мы вот себя очень хорошо чувствуем, и даже так получилось, что не можем жить без кислорода. Ученые обратили внимание, что многие признаки старения человека очень похожи на признаки, которые возникают при повреждении клеток перекисью водорода. Оказывается, кислород при взаимодействии с нашими клетками может превращаться в перекись водорода и накапливаться в них. По всей видимости, за время нашей жизни мы начинаем терять устойчивость к этой нагрузке на клетки организма, с этой высокой концентрацией кислорода, с которой сталкиваемся. Потихоньку этот кислород превращается в перекись, повреждающую важные для нас молекулы. Эти повреждения проявляются в виде признаков старения.

Накопление соматических мутаций

Все мы выросли из одной единственной клетки, называемой зиготой. Впоследствии она неоднократно делилась. При делении клетка вынуждена копировать ДНК, которая содержится в этой клетке. При копировании с высокой вероятностью может происходить мутация. Когда клеток в организме очень много, да ещё и часть из них постоянно разрушается, тогда новые клетки делятся, чтобы заполнить освободившееся место. Копирование ДНК в организме человека происходит каждый день и в очень больших количествах. И каждый раз при копировании есть вероятность некой ошибки. С большей частью ошибок организм умеет справляться, но не со всеми. Эти непоправимые ошибки копятся при каждом последующем делении клеток. Некоторые из них могут быть фатальными для системы — к ним мы относим, например, появление раковых клеток.

Накопление эгоистичных ДНК митохондрий

В каждой нашей клетке большая часть генетической информации находится в ядре. Небольшая часть, всего несколько десятков генов, содержатся в специальных органеллах — митохондриях, они отвечают за преобразование энергии. В каждой клетке одно ядро и один набор внутриядерных ДНК, а в митохондриальных ДНК — очень много. В митохондриях ДНК представлена в виде кольцевой молекулы, в которой записана инструкция о том, как эта митохондрия будет работать. Иногда в результате мутации часть этой информации теряется. И система, копирующая эту ДНК, не умеет разбирать, правильная это молекула или неправильная, и продолжает копировать в каждой клетке ДНК с потерянной информацией, потому что копировать её легче. Постепенно ДНК с потерянными инструкциями начинает вытеснять нормальную ДНК, и организм перестает понимать, как должна работать митохондрия. Клетка перестает выполнять функции, и это проявляется в нарушении когнитивных способностей — этот процесс наиболее ярко выражен в работе нейронов.

Наследуется ли скорость старения?

Это было хорошо показано при сравнении близнецов. Они бывают однояйцевые и разнояйцевые, в зависимости от того, как развивалось оплодотворение яйцеклетки. Однояйцевые близнецы являются полными генетическими копиями друг друга. Разнояйцевые скорее относятся друг к другу, как брат и сестра. Сравнивая полностью идентичных людей можно выявить, какой фактор вносит наследственность в тот или иной биологический параметр. Исследователи посмотрели таблицы записи рождения и смерти однояйцевых и разнояйцевых близнецов. Разница между смертью первого и второго близнеца была занесена в таблицу, а потом подсчитано среднее значение. Оказалось, что однояйцевые близнецы чаще умирали ближе друг к другу по времени, чем разнояйцевые близнецы. Это указывало на то, что в наследовании продолжительности жизни есть достаточно существенный генетический вклад.

Почему в процессе эволюции не появилось нестареющих людей?

Разные мутации могут проявляться в разном возрасте. Есть те, которые проявляются в раннем детстве, и они очень сильно влияют на нашу жизнь. Они будут очень быстро выбраковываться естественным отбором — если что-то плохое происходит в раннем возрасте, то, скорее всего, существо не доживёт до полового созревания и не оставит потомков, и такой вариант гена исчезнет. Если эта вредная мутация проявляется в возрасте, когда существо уже оставило своих потомков. Естественный отбор не будет выбраковывать такие мутации. В результате случайных событий такие мутации могут распространяться по популяции живых организмов. И в конечном счете наши с вами геномы наполнены мутациями, которые проявляются в 50-60-70 лет. То есть получается, что у нас много мутаций, которые вредят человеку в позднем возрасте, сильно позже наступления половозрелости (как болезнь Хантингтона). Такое заболевание долго передается по наследству и долго сохраняется в популяции. Исходя из этого, старение — совокупность большого числа наследственных заболеваний, начинающих проявляться в позднем возрасте.

Можно ли замедлить старение?

Ограничение калорийности питания заметно увеличивает продолжительность жизни организма. Это фактически единственный достоверно доказанный способ увеличения продолжительности жизни. Сейчас ученые рассчитывают сымитировать сокращение калорийности питания за счёт лекарственных препаратов. Вероятно, в будущем можно будет есть сколько хочешь, употреблять эти лекарства и жить немножко дольше.

За последние годы появилось ещё несколько обнадеживающих сигналов. Было обнаружено, что некоторые животные не стареют, например, как пресноводная гидра. Или голые землекопы, для таких маленьких существ они живут очень долго, и вероятность их смерти с возрастом фактически не меняется. Сейчас их принялись активно изучать. Ещё одна обнадеживающая находка — гренландская акула, которая живёт 400 лет, другого такого позвоночного нет. Изучение этих существ поможет понять, что позволяет им жить дольше, чем предопределено животным такого размера. Возможно, в будущем это поможет замедлить или вовсе исключить старение человеческих существ.

Фото обложки: Александр Коростинский