Старение организма

Человечество с давних пор занимала проблема старения организма и возможности преодоления этого печального процесса. В 1971 году биолог Алексей Оловников впервые высказал предположение о механизме старения клеток и о роли особого фермента теломеразы в клеточных процессах. В 1998 г. его вывод экспериментально подтвердили американские исследователи. Сейчас взгляд ученого на эту проблему несколько изменился. О том, что такое старение организма, зачем вообще нужна теоретическая биология и на какие средства она – как и наука в целом – может существовать, мы побеседовали с Алексеем Матвеевичем Оловниковым - ведущим научным сотрудником Института биохимической физики РАН. Интервью взяла Яна Войцеховская.

Вы являетесь биологом-теоретиком. Что такое вообще теоретическая биология, какими проблемами она занимается?

Теоретическая биология охватывает широкие области. Наиболее яркий пример – вся эволюционная биология. Хотя и там проводятся некоторые эксперименты, но в основном это теоретический раздел. Когда-то Дарвин сделал огромный прорыв в этой области, что очень сильно продвинуло науку вперед. Тем не менее сейчас возникает все больше сомнений в дарвиновской теории, в основном по двум направлениям. Одно из них – клерикальное, предполагающее творца, который все создал, а потом допустил эволюцию. Другое направление говорит о том, что естественный отбор сам по себе не может эффективно работать. Этот вопрос обсуждается теоретическими биологами всего мира. Есть и другие направления теоретической биологии, например, проблемы рака, клеточной дифференцировки – здесь не только эксперименты делаются, но и происходит некоторое общее осмысление.

Но ведь современная наука, по крайней мере молекулярная биология, устроена как ковровая бомбардировка: смотрят и ищут все подряд, фактически разбирают клетку на составные части. Нужна ли в таком случае теоретическая биология в виде отдельного раздела науки?

Отвечу в виде личного воспоминания об одном очень успешном биологе, который работает сейчас в США. На одной из конференций он сделал интересный доклад, и я его спросил о том, что он думает по поводу того, как происходят такие-то и такие-то процессы у его объекта изучения. Ответ был поразительный. Он сказал: «Я не думаю, я работаю».

Ценность научных – в том числе и биологических – теорий и предсказаний состоит в том, что они ускоряют развитие той или иной области науки. А так, конечно, все рано или поздно будет открыто. То же самое в ядерной физике: ученые пытаются предсказывать на основании экспериментов и получают путем расчетов или рассуждений предсказания о том, как, например, должна быть устроена вселенная. В свою очередь на основании этих предсказаний экспериментатор ставит эксперименты и либо подтверждает надежды теоретиков, либо получает что-то совершенно третье, что заставляет ученого-теоретика чесать свою физическую репу. Все то же происходит и в других науках.

Ваша теория о связи старения и теломер получила блестящее подтверждение. Скажите, пожалуйста, почему эта теория перестала казаться вам верной?

Я уже рассказывал подробно о том, что такое старение, и о своих теориях (теломерной и редумерной), поэтому я скажу о них в нескольких фразах. Механизм удвоения ДНК устроен так, что концы линейных хромосом (теломеры) с каждым делением укорачиваются. Поэтому после некоторого количества делений (около 50) клетка больше делиться не может – наступает ее старение и, как я думал раньше, это ведет к старению всего организма. Не стареют только половые клетки, так как в них активен специальный фермент – теломераза, которая восстанавливает укороченные концы хромосом.

В настоящее время я считаю, что несмотря на все подтвердившиеся предсказания теломерной гипотезы, она не объясняет, почему же все-таки организм стареет. Она не объясняет, как клетка понимает, что она сделала много делений. Поэтому я разработал новую теорию, которую я назвал редумерной.

Редумерная теория старения состоит в том, что в ходе специализации клеток на поверхности хромосом появляются линейные молекулы ДНК небольшого размера, которые представляют собой копии некоторых регуляторных последовательностей. Это и есть редумеры. У разных клеток (например, в клетках печени и в клетках костного мозга) разный набор редумер. Концы каждой из редумер закреплены на поверхности хромосом. Они ведут себя так же, как теломеры, – укорачиваются в процессе деления клетки. Укорачивание приводит к тому, что активность генов, которые находятся в редумерах, падает, что воспринимается клеткой как сигнал старения. То есть сигнал старения генерируется не укорачиванием теломер, а укорачиванием редумер, осуществляющимся параллельно укорачиванию теломер. Теломеры выступают тут просто как невинный свидетель процесса старения.

Каким же образом происходит старение целого организма?

Старение целого организма определяется не просто старением клеток, а старением мозга, точнее, его нейроэндокринных центров. В мозгу большинство клеток не делятся, поэтому там редумеры укорачиваются не в результате клеточного деления, а в результате другого процесса. Для удобства я назвал эти редумеры хрономерами. Хрономеры расположены большей частью в гипоталамусе – особой структуре мозга, которая управляет гипофизом, который, в свою очередь, отвечает за эндокринную регуляцию всего организма. Укорочение хрономер происходит вследствие разрыва ДНК во время транскрипции (транскрипция ДНК – синтез молекул РНК на основании информации, записанной в ДНК, – «Полит.ру»), происходящей на фоне особого гормонального всплеска. Большую часть времени таких разрывов не происходит, но если клетка стимулируется некоторыми гормонами, то хрономерная ДНК рвется вблизи ее конца и после восстановления оказывается, потеряв оторванный кончик, укороченной.

Совсем недавно я предположил существование новой физиологической системы у человека – так называемого лунасенсора (от слов «луна» и «сенсор»). Это система, которая позволяет нам чувствовать изменение силы тяготения Луны. Для этого в одной из структур мозга – эпифизе – существуют кальциевые «песчинки». Они были обнаружены очень давно, четыреста лет назад. Зачем они нужны – было неизвестно, предполагали, что таким образом мозг избавляется от избытка кальция. Я предположил, что Луна, создавая поле тяготения, притягивает «песчинки», которые, в свою очередь, давят на соседние с ними клетки эпифиза. Эти клетки наполнены разнообразными гормонально активными веществами, и когда клетки сильно сдавливаются, начинается активный выброс гормонов из эпифиза. Эта секреция идет наиболее сильно в новолуние, когда притяжение Луны выражено наиболее сильно (в это время, как известно, сила тяготения Солнца и Луны суммируется, и, кстати, наблюдаются самые высокие океанские приливы. Вот таким путем регулируется месячный цикл человека.

Я предположил, что во время выброса гормонов из эпифиза они достигают гипоталамуса и резко активируют в нем транскрипцию, в результате которой в хрономерной ДНК появляются разрывы. Они не беспорядочны. Разрыв возникает всегда вблизи закрепленного конца хрономеры и создается при участии молекулярной транскрипционной машины, которая на большой скорости движется к концу хрономеры. Разрыв в хрономере возникает только один раз в лунный месяц, потому что только тогда "девятый вал" гормональной бури, действующей на клетки гипоталамуса (и порожденной сигналом из эпифиза), резко интенсифицирует транскрипцию. Можно сказать, что один раз в лунный цикл редумеры гипоталамуса (хрономеры) укорачиваются. Это нужно для контроля за нормальным развитием организма во времени. Хрономеры – важный элемент особых, так сказать, "пожизненных" биологических часов, тикающих всю жизнь. Но этот же самый процесс последовательного, запрограммированного укорочения хрономер приводит в конце концов организм к старению. Важно подчеркнуть, что когда мы бегаем, прыгаем, то клетки эпифиза также испытывают давление со стороны соседних песчинок, но поскольку это давление кратковременно, клетки на него не реагируют.

Как восприняли эту теорию ваши коллеги?

Некоторые физики были впечатлены, некоторые биологи развели своими биологическими руками. Подобная же реакция была на теломеры – никто привести логических возражений не мог, а говорили по поводу укорочения теломерной ДНК, что «мы знаем, что геном стабилен, и значит, ничего подобного быть не может». Теперь мы знаем, что это совсем не так – и геном оказался нестабилен, и теломеры его укорачиваются. Теперь дело за малым – найти хрономеры и ими управлять. В общем – начать и кончить, работы многим хватит надолго.

Собираетесь ли вы проверять свою теорию экспериментально?

Если найдутся заинтересованные люди. Опять же все упирается в презренный металл. Может быть, когда-нибудь средства массовой информации донесут до западных или восточных олигархических ушей нужную информацию, и с моим ли участием или без меня эта теория будет проверена. Я уверен, что основа ее, как было и с теломерными предсказаниями, будет подтверждена, а когда и как – не мне судить.

Как оценить деятельность ученого-теоретика? Почему государство и общество должно платить за те или иные разработки?

Один умный человек сказал, что теоретическая физика оправдала себя на десятки и сотни лет вперед уже только работами Фарадея и Максвелла. Один из них был экспериментатором, другой – теоретиком.

Я понимаю, почему в современном мире финансирование различных сфер деятельности устроено так, как оно устроено, но считаю это глубоко несправедливым, неправильным. Но так исторически сложилось. Исследователь, даже если он сделает какое-то супероткрытие и получит Нобелевскую премию (что считается вершиной вознаграждения ученого), в денежном эквиваленте получает максимально миллион долларов, а чаще деньги делят на троих, что составит около 300 тыс. долларов. Между тем только премиальный фонд одного из многочисленных, идущих чуть ли не ежедневно по земному шару теннисных турниров тоже составляет миллион долларов. Я понимаю, как много вкладывают в свою работу теннисист или теннисистка, но тем не менее…Конечно, исследователь может получать гранты, из которых он оплачивает приобретение приборов и реактивов, и на зарплату у него остается, но в целом, на мой взгляд, ученые недооценены. Ведь нас везде окружает техника, которая вся основана на достижениях науки – сначала фундаментальной, которая потом осуществляется в технике. Ученый же за эти достижения получает вознаграждение совершенно непропорциональное тому вкладу, что он дает человечеству. Если бы не прогресс размышлений, если бы на пару, рука об руку, не шли бы два человека – исследователь и инженер, то мы бы до сих пор жили в пещерах. Но это все воспринимается как должное.

Есть знаменитое выражение, что наука представляет собой способ удовлетворения личного любопытства за счет государства. Это, конечно же, так и есть в некоторой степени, но все запомнили именно это и делают из этого выводы. Если человеку интересно, то пусть он скажет спасибо, что ему позволяют удовлетворять любопытство, да еще какую-то зарплату за это платят.

Я задавал себе вопрос, почему так происходит? Ответ, который находил, лежит на поверхности. Один теннисный или футбольный матч за билеты и рекламу, которые он собирает, дает такой доход, который позволяет окупить все и оставить прибыль владельцам корта или футбольного газона. Работа исследователей проходит в тиши лабораторий и кабинетов, где  зрителей нету. Никто не кричит: «Черт, вот сейчас, сию секунду, он придумал! Обалдеть!». Такого не происходит, и денег никто не платит за входные билеты, поэтому и оплата труда такая.

Есть ли какие-то механизмы, чтобы изменить эту ситуацию?

Думаю, что на государственном уровне это вряд ли изменится. Скорее, стоит надеяться на частные фонды, когда какой-нибудь очень умный владелец очень крупного фонда либо лично, либо через своих экспертов понимает ценность отдельных исследований и может их поддерживать. Так начинает происходить в России, так идет в ряде стран мира. Даже в Америке, самой развитой из стран, ученые не получают столько, сколько они заслужили. Но, тем не менее, есть фонды, например, Хьюза, которые особенно много платят своим исследователям. На государственном уровне вряд ли можно ожидать чего-нибудь подобного.
  РГ.Что, по-вашему, нужно сделать, чтобы прожить соответственно своему генетическому запасу?

Оловников: Изобретать для этого ничего не надо - достаточно пользоваться уже имеющимися наработками. Хотя в реальных человеческих условиях эти наработки, к сожалению, очень трудно воспроизвести. Ведь полуголодному человеку все время хочется есть...

Мыши, которых экспериментаторы держат на диете, полноценной по аминокислотам и белкам, но ограниченной по калориям, живут в полтора раза дольше - это доказано опытами. Отсюда совет очень волевым читателям: определить, сколько хочется съесть, и одну треть от этого отдать соседу.

РГ: Получается, главный совет - самоограничение?

Оловников: Один из вариантов такого частичного самоограничения - вегетарианство. Но при обследовании вегетарианцев нередко оказывается, что они страдают теми или иными авитаминозами, анемией. Ведь некоторых вещей, необходимых, например, для оптимального кроветворения, в овощах недостаточно...

Вообще самоограничение - слишком широкое понятие. Мы говорим именно о калорийно ограниченной диете. Плюс, конечно, разумный режим дня и другие тривиальные вещи... Безусловно, не надо курить.

Судя по ответам долгожителей на анкеты, некоторые из них "пропускали" даже с утра, но обратите внимание - по полстаканчика вина. Так что ничего плохого от того, что вы выпьете красного или белого вина (сам я люблю красное), не будет. Но пусть это не переходит в привычку.

Высоцкий был бы жив...

РГ: В одной из своих статей вы пишете, что укорочение принтомер связано с выбросом гормонов. Можно ли регулировать эти выбросы - как, скажем, те же стрессы?

Оловников: Стрессы сопровождаются выработкой так называемых свободных радикалов, про которые сейчас все слышали и которые повреждают различные структуры клетки - прежде всего липиды, ДНК и белки. Сказываются стрессы и на укорочении теломер. Английский исследователь Тим Спектор показал, что у менеджеров, которые уверены в завтрашнем дне, теломеры в лимфоцитах длиннее, чем у рабочих того же предприятия, которые боятся увольнения. И самое поразительное - у жен этих рабочих теломеры тоже укорочены. Так что бороться с любыми стрессами полезно разными способами, в том числе и чисто психологическими. Релаксация, медитация, бег трусцой...

К избыточной выработке свободных радикалов приводят и некоторые гормональные сбои. Однако сама эта выработка не является причиной старения. На укорочение принтомер воздействует совершенно другой комплекс гормонов, которые в большем или меньшем количестве вырабатываются под воздействием эпифиза - шишковидной железы в мо згу. Надеюсь, что управление выработкой этих гормонов станет еще одним направлением борьбы со старением. Сейчас у нас запланирован цикл экспериментальных исследований, но спонсора для них мы пока не нашли.

РГ: Стало быть, человек, которому "все по барабану", не обязательно проживет дольше всех?


Рецензии
"Короче, Склифосовский",

Что пить?
====
Мой добрый привет!

Юрий Атман 3   17.07.2019 18:15     Заявить о нарушении
Разумные,не приносящие дискомфорт, самоограничения,не курить,полстаканчика красного вина. Чистый воздух,вода, ЗОЖ. Нужно следить за длиной теломер. Как?- пока не знаю.

Ляпко Николай Николаевич   18.07.2019 06:01   Заявить о нарушении
Полстаканчика красного я сразу выпил.

А Теломеры - дефицит.

В Китае заказать?
===
Мой добрый привет!

Юрий Атман 3   18.07.2019 06:06   Заявить о нарушении
Нужно набрать:"Теломеры и как их наращивать" и 9 млн. результатов,56 показов в месяц.

Ляпко Николай Николаевич   18.07.2019 11:41   Заявить о нарушении
На это произведение написаны 2 рецензии, здесь отображается последняя, остальные - в полном списке.