Страница 8 из 9
Для объяснения экспериментальных данных Леонарда Хейфлика в 1971 году русский биолог Алексей Матвеевич Оловников выдвинул теорию маргинотомии – отсчёта клеточных делений и старения вследствие недорепликации последовательностей ДНК на концах хромосом (теломерных участков). Теория предполагала, что «нестарение» бактерий обусловлено кольцевой формой ДНК, а теломерные последовательности в стволовых и раковых клетках защищены благодаря постоянному – при каждом делении клетки – удлинению особым ферментом – тандем-ДНК-полимеразой (современное название – теломераза). В последующих двух статьях (1972, 1973) в русской и англоязычной печати учёный подробно рассмотрел разные биологические следствия своей гипотезы, в том числе применительно к объяснению старения, канцерогенеза и иммунных реакций [9].
Таким образом, А. М. Оловников высказал гениальную гипотезу, что ограниченное количество делений клетки может быть связано с механизмом укорачивания ДНК. У хромосом имеются особые концевые участки, теломеры, которые после каждого удвоения хромосом становятся немного короче и в какой-то момент укорачиваются настолько, что клетка уже не может больше делиться. Она постепенно теряет жизнеспособность, и именно в этом, согласно теломерной теории, состоит старение клеток. А. М. Оловникова его оппоненты называли «гением одной статьи». В обзорной статье, анализирующей механизмы присуждения международной Нобелевской премии, с горечью констатируется, что Россия известна тем, что разбрасывается гениальными идеями, которые на лету подхватываются зарубежными будущими лауреатами этой престижной премии [4].
Действительно, в 1985 году американские исследователи Кэрол Грейдер и Элизабет Блэкбёрн подтвердили идею А. М. Оловникова и выявили в клетках теломеразу, а в 1998 году при помощи теломеразы им удалось «омолодить» культуру клеток, за что в 2009 году этим исследователям была присуждена Нобелевская премия по медицине и физиологии в десять миллионов шведских крон (девятьсот семьдесят пять тысяч евро).
Таким образом, теория А. М. Оловникова получила блестящее подтверждение. Установлено, что фермент теломераза, который восстанавливает концы ДНК, способен достраивать укороченные концы хромосомы в клетках опухолей, что делает их бессмертными. Поэтому предел в пятьдесят делений справедлив не для всех клеток – раковые, а также стволовые клетки могут делиться бесчисленное количество раз. Этот фермент всякий раз заводит внутренние часы заново при слиянии женской и мужской половых клеток. Благодаря ему дети проживают свой срок сполна, а не получают в наследство кусок жизни, как это, например, произошло с клоном овечки Долли.
Позднее А. М. Оловников пришёл к выводу, что данная теория не объясняет полностью причины старения, и внёс в неё уточнения. Он предложил новую редусомную теорию старения. Редусома – это маленькая ядерная частица, располагающаяся в субтеломерных частях хромосомы. Оловников считал, что линейная молекула ДНК редусомы постепенно укорачивается из-за уменьшения её линейной молекулы ДНК, покрытой белками, что приводит к уменьшению содержащихся в ней генов. Именно это укорочение молекул ДНК редусомы является отсчётом биологического времени и причиной старения. Однако эта последняя теория не получила того же одобрения со стороны учёных-геронтологов, как теломерная теория.
Глава 10. Свободно-радикальная теория
Одной из важнейших современных теорий, рассматривающих процесс старения как результат процессов, происходящих на молекулярном уровне, считается свободно-радикальная теория.
Эта теория, практически одновременно выдвинутая Д. Харманом (1956) и Н. М. Эммануэлем (1958), предполагает, что старение является результатом случайного вредоносного повреждения тканей свободными радикалами [11, 12]. По словам Хармана, его интерес к этой проблеме возник после того, как его жена познакомила его со статьёй «Завтра вы сможете быть моложе», написанной Вильямом Лоренсом и напечатанной в «Нью-Йорк таймс». Эта статья рассказывала о работах русского геронтолога А. А. Богомольца и о биостимулирующем и омолаживающем эффекте разработанной им «антиретикулярной цитотоксической сыворотки»[2].
В ходе жизнедеятельности каждой клетки через неё проходит огромное количество кислорода, который используется для клеточного дыхания, обеспечивающего клетку энергией. Однако небольшая часть кислорода при этом уходит в паразитные соединения, обладающие огромной реакционной способностью. Их называют «активные формы кислорода», или сокращённо АФК, хотя в их составе находится не только кислород.
Примерами таких веществ могут служить перекись водорода и озон. Однако эти два вещества относительно мало активны и могут существовать долгое время. Другие же АФК могут быть несравненно агрессивней, но, к счастью, живут в организме лишь тысячные доли секунды.
Если такой агрессивный, химически активный свободный радикал случайно покидает то место, где он нужен, он может повредить и ДНК, и РНК, и белки, и липиды.
В результате этих атак повреждаются и митохондрии – своеобразные энергетические станции внутри клетки, которые обеспечивают процесс клеточного дыхания, в результате которого выделяется энергия. Именно в митохондриях происходит большинство окислительных реакций, и в результате этого они получают большую часть повреждений.
Накопление этих повреждений и является сутью старения. Подсчитано, что за семьдесят лет жизни человека организм производит около тонны радикалов кислорода. Два – пять процентов вдыхаемого с воздухом кислорода превращается в его токсические радикалы.
Но природа предусмотрела механизм защиты от избытка свободных радикалов: кроме супероксиддисмутазы и некоторых других синтезируемых в митохондриях и клетках ферментов, антиоксидантным действием обладают многие вещества, поступающие в организм с пищей, в том числе витамины А, С, Е. Ежедневное употребление в пищу овощей и фруктов, чая и даже кофе обеспечивают поступление в организм достаточного количества полифенолов, являющихся хорошими антиоксидантами. К сожалению, антиоксиданты проходят внутрь митохондрий с трудом и в недостаточных количествах.
С другой стороны, избыточное количество антиоксидантов, например в виде биологических добавок, может усилить окислительные процессы в клетках и тем самым оказать вред организму. Вообще большинство биологов считает, что здоровый организм обладает собственной мощнейшей системой антиоксидантной защиты.
Эта теория объясняет не только механизмы старения, но и широкий круг связанных с ним патологических процессов: сердечно-сосудистые заболевания, ослабление иммунитета, нарушения функции мозга, катаракту, рак и др.
Теория оксидативных повреждений признается в настоящее время большинством геронтологов. Они приходят к выводу, что «продолжительность жизни организмов с одинаковым темпом метаболизма должна коррелировать с уровнем их антиоксидантной защиты» (Fleming et al, 1992).
Эта теория по своей сути близко стоит с так называемой теорией «перекрёстных сшивок»[14]. В этой последней теории роль агрессивных веществ играют сахара, прежде всего, всегда присутствующая в организме человека глюкоза. Сахара могут соединяться с различными белками, и при этом может происходить сшивание или слипание молекул друг с другом. Эта сшивка захватывает соседние молекулы, образуя скопление клеточного мусора. Ткани теряют эластичность, становясь труднопроходимыми для необходимых в процессе обмена веществ и даже для электрических импульсов.
Как предполагают учёные, одним из проявлений такой сшивки является потеря тканями эластичности и, как следствие этого, появление морщин на коже. Но значительно более ощутимый вред организму приносит потеря эластичности кровеносных сосудов и ткани лёгких.
У организма в принципе есть механизмы для разрушения подобных сшивок, но этот процесс требует от него больших энергетических затрат и с возрастом нарушается. В настоящее время ведётся работа по производству лекарственных препаратов, разбивающих внутренние сшивки и превращающих их в питательные вещества для клеток.