Задача современной биологии — выяснить механизм старения

Всевластна погибель. Почти всегда преждевременная смерть лиц этой группы обусловлена наследственными дефектами системы репарации ДНК.

Вследствие этого у них уже в молодом возрасте вероятность возникновения злокачественных опухолей в 100-1000 раз выше, чем у человеческой популяции в целом.
Мы полагаем, что геропротекторы — ингибиторы свободных радикалов имеют шансы на клиническое применение по крайней мере у больных, принадлежащих к этой группе повышенного риска.

Эмануэля, начался поиск химических средств воздействия на процесс старения. Впоследствии эти средства были названы геропротекторами.

Для геронтологических исследований мы выбрали нетоксичные антиоксиданты, удобные при длительном применении и, что очень важно, не замедляющие рост и развитие подопытных животных и насекомых. Тем исключались традиционные способы воздействия на процесс старения: хорошо известно, что наступление старческих изменений можно отодвинуть, если растянуть период развития организма.

Некие считают, что вообщем глупо находить некий особый субстрат старения. Нельзя, но, не увидеть, что прогресс отдельных областей молекулярной биологии прямо связан с открытием хим субстрата той либо другой функции живой материи.

Более показателен пример молекулярной генетики, пережившей революцию после того, как было установлено, что субстрат наследственности есть не что другое, как молекула ДНК.
Как следует, поиск субстрата старения и погибели полностью обусловлен логикой развития современной биологии.

Погибель И БЕССМЕРТИЕ
Жизнь на Земле представлена персональными носителями, другими словами она дискретна. Иммунные системы препятствуют объединению живых организмов в единую биомассу, схожую той, которая сотворена фантазией Станислава Лема на планетке Солярис.

Пространственная дискретность живой материи на Земле неотъемлема от дискретности временной. Срок развития хоть какого организма ограничен определенным временем, в течение которого достигается способность к проигрыванию потомства.

Если он не погибнет скоро после чего по любым случайным причинам, то по истечении репродуктивного периода должен наступить период старения, который безизбежно подводит к погибели. Можно представить для себя, к чему привело бы возникновение на Земле бессмертных индивидуумов либо видов.

Само их существование вступило бы в неодолимые противоречия с законами эволюции живой материи на нашей планетке. К примеру, если в один момент показавшийся бессмертный вид сохранит способность к размножению, то истощение ресурсов планетки и смерть биосферы последует прямо за этим очень стремительно.

Если же бессмертный вид растеряет способность к размножению, то он обречет себя на смерть при резком изменении погодных и географических критерий, что в истории Земли бывало не раз. Приходится согласиться, что для сохранения непрерывной жизни на Земле природа повсевременно должна приносить в жертву ее личных носителей.

Смертность личных носителей жизни и бессмертие биосферы — неотделимые характеристики организации живой материи на Земле.
ОСНОВНОЙ Феномен СТАРЕНИЯ

Старение и погибель индивидуумов можно рассматривать как действия, запрограммированные с исключительной степенью надежности. Возможность возникновения бессмертных особей настолько ничтожна, что никогда не реализовывалась в процессе эволюции.

На генном уровне разные полосы лабораторных животных имеют неодинаковую длительность жизни. В то же время люди с схожей генетической программкой — однояйцевые близнецы — если им посчастливилось избежать роковых превратностей судьбы, обычно, доживают до схожего возраста.

Проще заменить их новыми, разобрав испортившиеся.
Для объяснения программы старения достаточно допустить, что в соматических клетках ферменты репарации ошибаются гораздо чаще, чем в половых клетках.

Тогда в протяжении жизни организма в нейронах, клетках печени, сердечной мышце и т.д. будут неизбежно накапливаться ошибки, особенно опасные в тех зонах генома, где сосредоточен управленческий аппарат. В процессе старения уменьшается концентрация биоантиоксидантов в тканях, противорадикальная система защиты изнашивается и, следовательно, возрастает роль разрушительных стохастических процессов.

В генетическом материале появляется больше дефектов, потому что репарирующие системы не справляются с текущим ремонтом ДНК.
ИНГИБИТОРЫ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ ЗАМЕДЛЯЮТ СТАРЕНИЕ

Первоначальное предположение о том, что свободные радикалы играют важную роль в процессе старения, подверглось экспериментальной проверке. В старенькых организмах наблюдают повреждения и коллагена, и клеточных мембран, и ДНК, и других макромолекул, и клеточных структур, и тканей.

Но констатация этих повреждений в тот момент, когда старение — уже свершившийся факт, не показывает на его начальный субстрат и, по существу, только затрудняет поиски такого.
С одной стороны, старение реализуется по присущей организму генетической программке, а с другой — случайные наружные воздействия оказывают тотчас решающее воздействие на его скорость.

Для других запрограммированных в личном развитии событий (к примеру, для начала синтеза гемоглобина) зависимость от наружных причин не свойственна.
Одновременная зависимость как от внутренних, так и от бессчетных наружных обстоятельств и составляет трудноразрешимый феномен старения.

СУБСТРАТ БЕССМЕРТИЯ — СУБСТРАТ СТАРЕНИЯ
Неважно какая попытка разрешить нареченный парадокс обращает нас к необходимости узнать, с чего же начинается старение. Попытаемся дать словесный портрет» субстрата старения, а затем сопоставим его с новейшими фактами.

Бессмертие живой материи означает материальную и информационную преемственность поколений. Любой из ныне живущих организмов своими половыми клетками связан с далекими предками, жившими миллионы годов назад.

Эта связь, точнее, информационная преемственность основана на способности молекул ДНК передавать информацию путем скрупулезно точного самокопирования. Следовательно, половые клетки оставались во все времена и остаются сейчас потенциально бессмертными.

В противном случае материальная и информационная преемственность жизни была бы утрачена и пришлось бы начинать все сначала. Не логично ли в данном случае назвать ДНК субстратом, с которым связано бессмертие живой материи на Земле?

Попытаемся обосновать предположение, что ДНК может быть также и субстратом старения.
В клетках всех живых существ имеется система репарации (своего рода «бюро ремонта») ДНК.

Репарирующие ферменты контролируют структуру ДНК и устраняют почти все повреждения, возникающие в естественных условиях. При всем этом проверяются не только лишь параметры двойной спирали.

Сейчас, почти тридцать лет спустя после создания модели Уотсона и Крика, мы знаем о многих других чертах молекулярной структуры ДНК. Это, например, повторяющиеся последовательности, подобные одинаковым словам в телеграфной ленте.

Некоторые из повторов имеют оригинальную структуру палиндромов (см. «Химию и жизнь», 1978, № 11). Все эти особенности также должны находиться под надзором ферментов репарации.

Известно, что другие макромолекулы в клетке, будучи повреждены, не ремонтируются.Потому что старение представляет собой закономерный шаг личного развития, то его начало, скорость и соответствующие признаки, казалось бы, должны регулироваться определенными генами. Но их существование до сего времени не подтверждено.

Бессчетные признаки старения относительно неспецифичны. Приходится также допустить, что скорость старения будет зависеть от исходного числа повреждений и уровня внешних и внутренних повреждающих факторов.

Среди последних первенство принадлежит свободным радикалам, роль которых в процессах старения была сформулирована, выявлена и исследована в нашей стране школой академика Н. М. Эмануэля.
Более того, если оба они окажутся практически ценными, то это позволит разрешить нынешний парадокс старения: внешние причины перестанут или почти перестанут подталкивать к старости, и организм будет жить столько, сколько предусмотрено его генетической программой.

А может быть, когда-нибудь человек захочет решить и главный парадокс, сняв запрет природы на бессмертие. Он отключит в ДНК своих соматических клеток программу старения и сделает ее практически бессмертной.

В первом оно продолжалось всю жизнь, во 2-м было ограничено только личиночной фазой, и в третьем опыте геропротектор начинали добавлять в корм взрослым мухам, достигшим 20-дневного возраста, и в этих условиях содержали насекомых до конца жизни. Результаты первого и второго опытов совпали: средняя продолжительность жизни увеличилась практически одинаково.

В третьем случае воздействие оказалось безрезультатным и не замедляло старение. В совокупы они указывают не столько на включение либо выключение каких-то особых генов, сколько на равномерно нарастающее разрушение внутриклеточных регуляторных систем.

Это, в свою очередь, понижает порог адаптационных способностей: у стареющих особей снижена способность к поддержанию гомеостаза, другими словами всепостоянства внутренней среды. Вот поэтому старость как такая гарантирует в конце концов пришествие погибели: определенные предпосылки ее представляются уже второстепенными.

Кто знает, что будет в его силах…
Одна из самых сложных задач современной биологии — узнать механизмы старения и погибели высших организмов, в том числе и человека. В геронтологии сложилась типичная ситуация.

Тут уживаются самые противоречивые догадки о природе «субстрата старения», другими словами тех макромолекул, в каких появляются изначальные конфигурации, завершающиеся старением организма. Таким субстратом одни исследователи именуют коллаген, другие — лизосомы либо клеточные мембраны, третьи — белки, ДНК и т.д..Для того чтобы сделать следующее заключение, необходимо вспомнить, что в процессе метаморфоза (превращения личинки во взрослую муху) почти все личиночные ткани подвергаются распаду.

Органы взрослых насекомых развиваются из особых тканей, клетки которых интенсивно делятся. И хотя при всем этом все макромолекулы организма многократно обновляются, память о геропротекторе передается от личинки к взрослой мухе.

Единственная же молекула, способная к информационной преемственности, — молекула ДНК.
Очень важно, что удлинение жизни мух не связано с удлинением периода развития, который и в опыте, и в контроле составлял десять дней.
Из этого опыта следуют по крайней мере два вывода.

Во-первых, старение у дрозофил начинается задолго до появления его явных признаков и складывается из двух этапов: этапа накопления повреждений (на этом этапе, совпадающем с личиночной стадией, мухи чувствительны к геропротектору) и этапа реализации повреждений и появления признаков старения (на этом этапе муха уже не чувствительна к геропротектору).
КОГДА НАЧИНАЕТСЯ СТАРЕНИЕ?

Чтобы ответить на такой вопрос, мы обратились к опытам с плодовой мушкой дрозофилой. Развитие этих насекомых четко делится на два периода: стадию личинки и куколки и стадию взрослых мух.

В процессе трех опытов меняли время воздействия геропротектора.Аэробные организмы существуют на нашей планете лишь так как в эволюции возникла в свое время сложная система, защищающая компоненты клетки от окисления. Анаэробы, которые такой системой не обладают, погибают в воздушной атмосфере.

Важнейшую роль поглотителей свободных радикалов играют биоантиоксиданты, сконцентрированные в главном в клеточных структурах, богатых ненасыщенными липидами и потому наиболее уязвимых для окислительной деструкции. Подопытные животные получали с питьевой водой или кормом антиоксидант и прожили дольше контрольных в среднем на 20%.

Использование геропротектора позволило мышам дожить до такого почтенного возраста (41 месяц), который раньше у этой линии не был зарегистрирован.
Механизм старения, следовательно, объединяет две компоненты: запрограммированную в геноме и стохастическую.

Отметим, что генетическая программа определяет характер и тех ферментативных реакций, продуктами которых тоже могут быть свободные радикалы.
Результат заставил себя ждать не один год.

Особенность геронтологии и немалая трудность для экспериментатора состоит в том, что скорость старения можно рассчитать только статистическими методами, другими словами необходимо провести опыт на выживаемость, дождаться вымирания всех членов популяции и только после чего (а мыши живут около трех лет) можно вычислить скорость старения в опыте и контроле. Результаты двух таких опытов, выполненных с мышами и дрозофилой, представлены на рисунке в виде кривых выживаемости.Геропротектор, в присутствии которого происходило развитие, служит вроде бы ловушкой свободных радикалов.

Вследствие этого уменьшается число повреждений в молекуле ДНК, что в свою очередь замедляет наступление старости и увеличивает продолжительность жизни.
Не согласится ли читатель с нашим вторым выводом о том, что ДНК с полным основанием может называться субстратом старения?

ПЕРСПЕКТИВЫ ВМЕШАТЕЛЬСТВА В ПРОЦЕСС СТАРЕНИЯ
С медицинской точки зрения старость — патологическое состояние. Достаточно сказать, что частота заболеваний сердечно-сосудистой системы и злокачественных опухолей поднимается с годами.

Мы не будем здесь касаться проблем, связанных с увеличением видовой продолжительности жизни человека, — как ни заманчивы различные их аспекты, решать их придется не раньше чем в следующем веке. Но нельзя не сказать о том, что десятки миллионов людей не доживают даже до середины срока, отпущенного им природой.

Они составляют так называемую группу повышенного риска. Она на охране и в счастья час. В миг высшей жизни она в нас страждет, живет и хочет — и рыдает в нас. (Р.

М. РИЛЬКЕ).
Надежду на успех внушают полученные в нашей лаборатории данные — при воздействии геропротектора удалось увеличить продолжительность жизни мышей высокораковой линии, отдалив у них время появления злокачественных опухолей.

Возможен и принципиально иной способ устранения преждевременного старения. По мнению многих, уже сначала XXI века генетическая инженерия позволит создать банк генов, кодирующих высокоактивные ферменты репарации, и разработает методы их введения в соматические клетки.

Очевидно, что оба подхода к лечению старения отнюдь нельзя назвать взаимоисключающими.СТОХАСТИЧЕСКИЕ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ УСКОРЯЮТ СТАРЕНИЕ
Вся жизнедеятельность клетки протекает на фоне реакций неферментативного восстановления кислорода, в процессе которых производятся высокореакционные свободные радикалы, например O2•, ОН•, НО2•.

Они становятся причиной окислительных повреждений биологических структур. Не требуя для реакции специфического субстрата и довольствуясь случайным местом взаимодействия, свободные радикалы способны нарушить любое звено молекулярной структуры клетки, в том числе и ДНК.

Идея проверки была очевидна: если как-то помешать стохастическим свободнорадикальным реакциям или износу защитных противорадикальных систем организма, то это должно замедлить старение и увеличить продолжительность жизни.
В конце 50-х годов в Институте химической физики АН СССР, в лаборатории Н. М.Медицина 2.0 (www.med2.ru)

Читайте также:

В США выпустили сигареты без никотина
13-11-2013

Эти уникальные сигареты получили заглавие «Спектр». Эти уникальные сигареты получили название...

Справиться с импотенцией поможет ударно-волновая терапия
02-07-2013

Эректильная нефункциональность – одна из самых животрепещущих заморочек для современных парней,...

Отлечились: у Минздрава кончились деньги
04-09-2012

У страны завершаются средства на исцеление собственных людей. Годичные квоты на получение...

2-3 Ноября в Москве пройдет V научно-практическая конференция «Современная гематология. Трудности и решения»
30-09-2013

Конференция «Современная гематология.Конференция проводится при поддержке Правительства Москвы,...

Гордитесь ли вы своей грудью?
18-12-2012

Но не всегда грудь становится для дамы предметом гордости – нередко, как досадно бы это не...