СВЕЖИЙ НОМЕР

Недетские вопросы на детские темы

Папиному журналу отвечают петербургские политики, представители главных партий.

Непопулярная депопуляция

В России рождаемость не достигает уровня, необходимого для воспроизводства населения. Мы вымираем. Что делать?

Хронометр вашей жизни


ТЕКСТ СЕРГЕЙ АФОНЬКИН

Рождение и смерть часто воспринимаются как две стороны одной медали. Появление на свет неизбежно влечет за собой старение и кончину. Между тем это не так. Живая клетка способна работать и воспроизводиться без всяких признаков старения бесконечно долго. Однако в клетках большинства организмов, и человека в том числе, работает своеобразный «хронометр». Именно он отсчитывает время нашей жизни. Теперь есть возможность взглянуть на его стрелки.

 width=
Окрашенные флуоресцентными красителями бессмертные клетки HeLa

Бессмертные клетки
Удивительно, но на свете есть клетки, которые никогда не стареют. К примеру, это всем известные амебы и прочие одноклеточные, размножающиеся исключительно бесполым способом. Никто и никогда не видел пожилую бактерию. При ее темпах и способах воспроизводства говорить о старении совершенно бессмысленно.
В первой четверти XX века из водоема была выловлена крошечная инфузория, относящаяся к роду тетрахимена (Tetrahymena pyriformis штамм GL), у которой в силу некоторых отклонений от нормы был заблокирован процесс коньюгации. Другими словами, она не могла вступать в половой процесс с себе подобными. Она размножалась исключительно за счет обычных делений пополам (а это главный способ воспроиз водства у одноклеточных). Так вот, потомки той клетки до сих пор прекрасно чувствуют себя во многих лабораториях мира, хотя, по самым скромным оценкам, их отделяет от клетки-прародительницы уже более двухсот тысяч делений-поколений. Иначе говоря, клон (штамм) этих инфузорий практически бессмертен.
Природа придумала старение и смерть, чтобы удалять с арены жизни размножающиеся половым путем многоклеточные организмы. Они выполнили свою эволюционную функцию – оставили потомство. На этом их роль завершена. Прекрасный пример, что старение и смерть запрограммированы, демонстрирует крошечный червячок ценорабдитис (Caenorabditis elegans). Время жизни этой нематоды поразительно скоротечно. Оно составляет всего трое с половиной суток. К роковому концу нематоду подводит четкая работа особых генов. Если бы подобный механизм ухода из жизни работал у высших позвоночных, программа пенсионного обеспечения оказалась бы совершенно не нужной. Существует ли у человека генетический механизм, ограничивающий время его жизни? Онесть.
В начале 60-х годов XX века профессор Стенфордского университета Леонард Хайфлик экспериментально доказал, что клетки человека способны делиться около 50 раз. Создалось впечатление, что в клетках человека и высших позвоночных тикает своеобразный хронометр, отсчитывающий ход нашей жизни. Пока завод не кончился, клетка способна к делению. Любопытно, что существуют человеческие клетки, у которых этот механизм не работает. Они регулярно и бодро делятся в лабораториях в течение десятков лет и феномен старения просто игнорируют. Показательный случай – раковые клетки HeLa. Они были получены от Генриетты Ламберт (Henrietta Lambert), скончавшейся в тридцатых годах XX века в США от рака шейки матки. С тех пор вплоть до наших дней эти клетки успешно продолжают делиться в десятках биологических и медицинских институтовмира.
Есть и противоположные примеры. Это прогерии – болезни быстрого старения. Ребятишки с таким страшным недугом стремительно стареют. В среднем они едва дотягивают до 12 лет и чаще всего умирают в этом, казалось бы, юном возрасте от банальных старческих инфарктов. Создается впечатление, что их «хронометр жизни» заведен только на пол оборота пружины и быстро останавливается.
Другой характерный в этом плане пример - прогерия взрослых, или синдром Вернера, описанный впервые еще в 1904 году. Страдающие им люди сначала развиваются с нормальной скоростью лет до 17–18, а потом начинают стремительно стареть. Лишь немногие дотягивают до пятидесяти, уходя из жизни глубокими стариками. У них быстро развивается широкий спектр всевозможных патологий, обычно связываемых с возрастными изменениями, атеросклероз, диабет, катаракта, различные типы доброкачественных и злокачественных опухолей. В Японии частота этого заболевания существенно выше, чем в других странах, и достигает одного случая на сороктысяч.
Клетки больных с синдромом Вернера перестают делиться в культуре обычно после 10–20 удвоений, что также указывает на некое нарушение у них нормального хода «хронометра жизни». Однако как же клетка умудряется измерять число делений, которое она уже совершила?

 width=
Бессмертная инфузория тетрахимена штамма GL

Могущественные теломеры
Впервые на возможный механизм работы подобного «хронометра» указал в 1971 году в чисто теоретической статье наш соотечественник, кандидат биологических наук, сотрудник Института эпидемиологии и микробиологии Академии наук СССР Алексей Матвеевич Оловников. Идея сводилась к следующему. Во время деления клетки ее хромосомы удваиваются. Каждая хромосома представляет из себя туго смотанную длиннющую нить ДНК. Копирование ДНК осуществляется еще до ее «сматывания» в хромосому с помощью специ-ального фермента ДНКполимеразы. Если несколько вольно сравнить ДНК с рельсовым путем, то этот фермент будет напоминать рельсоукладчик, ездящий по рельсам, которые сам же рядом с собой и укладывает. Пока ДНК-полимераза трудится на всем протяжении пути, все в порядке. Никаких проблем. Однако как только она «доезжает» до своеобразного «тупика» – то есть одного из двух концов молекулы ДНК, тут-то и возникает сбой. ДНК-полимераза просто не способна построить копию этих кончиков. Следовательно, при каждом делении клетки нити ее ДНК должны становиться чуть короче. Позже это красивое открытие, сделанное, как говорят «на кончике пера», блестяще подтвердилось.
В процессе образования похожей на сосиску хромосомы укороченные концы ДНК довольно логично оказываются расположенными на ее краях – теломерах. Другими словами, теломеры – это повторяющиеся последовательности ДНК на концах хромосом. Укорочение теломер как раз и является теми молекулярными часами, которые отсчитывают число клеточных делений, а следовательно, и нашей продолжительности жизни. Выяснилось, что при каждом делении клетки теряют от 50 до 200 азотистых оснований на концах нитей ДНК – своеобразных «букв», из которых состоит эта макромолекула.
По счастью, в теломерах не закодированы важные для клетки белки. Теломеры состоят из одинаковых уныло повторяющихся последовательностей нуклеотидов. Причем последовательности эти практически одинаковы у самых разных организмов. Например, у инфузории тетрахимены, о которой шла речь в начале статьи, это TTGGGG. Практически такие же последовательности были обнаружены у земноводных, пресмыкающихся и птиц. У млекопитающих была обнаружена очень сходная последовательность – TTAGGG. При этом длина теломер указывает на количество делений, которые еще может осуществить клетка. Как только теломеры в результате пройденных циклов копирования хромосом достигают некой критической длины, клетка перестает делиться – наступает репликативное старение. Клетки детей, страдающих прогерией, имеют укороченные теломеры. Именно этим объясняется раннее наступление старости у этих больных.
А что же творится в потенциально бессмертных раковых клетках или в клетках амеб? Тот же Оловников предсказал существование теломеразы – особого фермента, достраивающего теломеры хромосом. Он должен работать и в половых, и в стволовых, и в опухолевых клетках. За экспериментальное подтверждение этой гипотезы трое ученых – Э. Блэкберн (США), К. Грейдер (США) и Дж. Шостак (США) – в 2009 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

 width=
Хромосомы человека с окрашенными теломерами

Измерения стали возможны
Если бы молекулярные часы «тикали» в хромосомах человека с одинаковой для всех скоростью, старение наступало бы в одном и том же возрасте. Однако практика показывает, что это не так. Почему? Оказывается, на работе «хронометра жизни» сказываются различные неблагоприятные воздействия внешней и внутренней среды. Это могут быть хронические инфекции и гиподинамия – банальный сидячий образ жизни. В результате теломеры укорачиваются быстрее. Наоборот – физическая активность, подвижность, позитивно влияет на теломеры. Исследования показывают, что люди, подвергающиеся длительному воздействию стресса, стареют быстрее. Экспериментально подтверждено, что хронический стресс ускоряет укорочение теломер. Под влиянием ультрафиолета, несбалансированных нагрузок, курения и других негативных факторов в организме накапливаются активные формы кислорода, которые тоже негативно влияют на теломеры. С другой стороны, доказано, что продолжительность жизни человека рассчитана на 120–150 лет. Можно ли прикинуть, в каком положении находятся стрелки ваших биологических часов?
В наши дни эта фантастическая, казалось бы, идея стала реальностью. Для этого надо лишь измерить длину хромосомных теломер. Разумеется, с микрометром к ним не подступишься. Подобную процедуру проводят на сложном приборе – проточном цитометре, используя специальные молекулярные «зонды». Они заставляют светиться кончики хромосом.
Не стоит думать, что подобные виртуозные технологии существуют только на западе. К примеру, такие тесты проводятся в Покровском банке стволовых клеток. Это первый в Санкт-Петербурге и Северо-Западном регионе Российской Федерации подобный центр клеточных и генных технологий и банка хранения ДНК. Именно здесь производят оценку длины теломер для определения реального биологического возраста и продолжительности оставшейся жизни. А что может быть более интригующим? К слову сказать, это далеко не единственные тесты, которые проводятся в центре. Однако это начало уже совсем другого рассказа.

Похожие статьи

Комментарии:

Download SocComments v1.3
Twitter
Нравится
SocButtons v1.5