Все «старое и косное» попросту остается родителю. Но у программы тоже есть материальный носитель. Поэтому поддержание целостности носителя «программы» — молекулы ДНК — имеет критическое значение.
Особый тип деления клетки, предшествующий образованию половых клеток, — мейоз — помогает поддерживать потенциальное бессмертие половых клеток, способствуя репарации ДНК, удалению мутаций ДНК, отбраковыванию поврежденных РНК, дефектных половых клеток.
Не менее важную роль играет естественный отбор стабильных, жизнеспособных геномов на разных стадиях репродуктивного цикла. Таким этапом является селекция половых продуктов, и прежде всего женских половых клеток, поскольку они являются тем звеном, которое передает митохондрии в следующее поколение.
У самок многих видов животных более половины яйцеклеток погибает в яичниках по механизму апоптоза еще на зародышевой стадии развития организма или непосредственно после рождения. Целостность митохондрий наравне со стабильностью генома играет определяющую роль в апоптозе яйцеклеток, обусловленном геномной нестабильностью и митохондриальными нарушениями.
Подтверждает определяющую роль митохондрий в селекции женских половых клеток и то, что инъекция небольшого количества здоровых митохондрий в яйцеклетку мыши предотвращает ее апоптоз. Возникшие в результате слияния мужской и женской половых клеток зародыши также проходят через этап селекции — дисфункция митохондрий ведет к их отмиранию. Таким образом, половой процесс мог возникнуть как эффективное средство омолаживания клона клеток ядерных организмов.
С приобретением многоклеточности многие клетки приобрели специализацию. Прежде всего произошло разделение на половые клетки, задача которых — передать гены в следующие поколения, и клетки тела (соматические клетки), которые способствуют осуществлению функции первых.
Половые клетки ранних многоклеточных наследовали потенциальную иммортальность[12] от одноклеточного предка, тогда как клетки тела приобрели «смертность» в качестве новой функции. По крайней мере, представляется вероятным, что с появлением специализированных клеток, ответственных за первостепенную функцию — размножение, необходимость в бесконечном делении всех типов клеток отпала.
Во взрослых тканях присутствует небольшое количество стволовых клеток, не имеющих специализации, но способных при необходимости участвовать в регенерации ткани — образовании необходимых специализированных клеток. Остальные соматические клетки утратили теломеразу и способность к неограниченному делению, чтобы снизить вероятность развития опухолей.
Такое важное эволюционное приобретение, как специализация клеток, послужило основой возникновения еще одной формы старения организма. У высших многоклеточных живых существ в ряде тканей появились высокодифференцированные клетки, полностью утратившие способность к делению — постмитотические клетки. Они уже не способны к сегрегации или разбавлению повреждений, сохраняя при этом возможность выполнять свою функцию долгие десятилетия. У млекопитающих постмитотическое старение наблюдается в нервной, сердечно-мышечной системе и в сетчатке глаза.
Вместе с усложнением многоклеточного организма возникли мощные системы интеграции — нервная, эндокринная и иммунная, а одновременно с ними — системный уровень старения. Наиболее вероятная точка их интеграции в организме человека — гипоталамо-гипофизарная система. Процессы воспаления и врожденного иммунитета, которые изначально призваны защищать организм при ранении или инфекциях, сверхактивируются в ответ на накопление повреждений, сопутствующее процессу старения. Воспалительные процессы затрагивают и гипоталамус, в результате чего он утрачивает способность адекватно реагировать на изменения внешней и внутренней среды и осуществлять нервно-гормональную регуляцию постоянства внутренней среды организма.
Эволюция идей в биологии старения
Биология старения на протяжении всей своей истории была междисциплинарной наукой, развитие которой непосредственно связано с открытиями, идеями и методами, заимствованными у смежных наук. Зачастую первооткрыватели новых важнейших биологических законов и были теми первыми геронтологами, которые пытались применить свое открытие к феномену старения.
Например, открытие во второй половине XIX века законов эволюции позволило одному из ведущих эволюционистов того времени А. Вейсману сформулировать первую эволюционную теорию старения. Основные положения синтетической теории эволюции практически сразу были применены ее столпами Р. Фишером и П. Медаваром к эволюции старения.
Автор клеточной теории иммунитета И. И. Мечников был основателем научной геронтологии и изобретателем самого термина «геронтология». Существенный вклад в понимание механизмов старения внесли авторы целых направлений современной медицинской науки — гормонотерапии Ш. Броун-Секар, учения о высшей нервной деятельности — И. П. Павлов, учения об общем адаптационном синдроме (стрессе) — Г. Селье.
Ведущие открытия XX века практически сразу «примерялись» к общей теории старения: понятие гомеостаза, открытие индуцированного мутагенеза, двойной спирали ДНК, свободных радикалов, антиоксидантных ферментов, белков теплового шока, автофагии, теломер и теломеразы, апоптоза, стволовых клеток и их ниш, эпигенетического наследования и многого другого.
На мой взгляд, несмотря на многообразие точек зрения, не стоит говорить о множественности теорий старения. Правильнее вести речь о постепенном становлении общей теории старения, которая до сих пор не завершена, так как геронтология находится на этапе накопления знаний.
Эти знания еще недостаточно обобщены, чтобы создать непротиворечивую картину старения, которая будет положена в основу так необходимых нам количественных математических моделей. Разработка таких моделей важна для поиска и предсказания эффективности новых вмешательств, которые приведут к радикальному продлению здорового периода жизни каждого человека. Однако даже частичное понимание процессов старения уже дает возможность искать и разрабатывать действенные методы для управления здоровым долголетием.
Пути к радикальному продлению жизни
Недалек тот день, когда целью медицины может стать достижение пренебрежимого старения человека в трудоспособном возрасте. В основе медицины будущего будут лежать новые подходы к замедлению старения, основанные на сверхранней диагностике старение-зависимых процессов и их терапевтическом лечении. В определенном смысле симптоматическое лечение возраст-зависимых патологий уступит место регулярной профилактике, которая будет основана не только на лекарственной, генной и клеточной терапии, но и на научно обоснованной диете, режиме дня, сбалансированной физической и умственной нагрузке. Конечной целью станет радикальное продление здорового периода жизни каждого человека.
Какие бы эффективные методы профилактики и лечения мы ни разрабатывали в лабораториях, используя животных или математические компьютерные модели, возможность их применения к человеку на практике сопряжена со многими трудностями. В модельных исследованиях замедление старения оценивается по увеличению максимальной продолжительности жизни организма. Продолжительность жизни человека составляет многие десятки лет.
Изучать влияние того или иного метода лечения на протяжении столь долгого срока с практической точки зрения нереально, и ни одна компания не согласится финансировать столь длительные исследования. Поэтому для радикального продления здорового периода жизни человека нужно разработать принципиально новые подходы к диагностике старения.
Прежде всего следует создать комплекс «биомаркеров старения» — параметров, которые воспроизводимо количественно и качественно изменяются при старении. Появление такого комплекса откроет новые возможности для разработки лечения болезней, связанных со старением. С одной стороны, биомаркеры позволят оценить эффективность лечения старения, не дожидаясь измерения продолжительности жизни. С другой стороны, многие возраст-зависимые патологии развиваются длительное время в неявной форме. Чем раньше будут осуществлены их диагностика и лечение, тем вероятнее успех. Рассмотрим основные группы объектов нашего тела, в которых могут скрываться важные биомаркеры скорости старения (рис. 29).
Рис. 29. Диагностика старения будущего
Всесторонняя диагностика старения предотвратила развитие сахарного диабета
Генетик Майкл Снайдер из Стэнфордского университета в качестве эксперимента исследовал большой набор показателей своего здоровья на протяжении 400 дней.
