Кровавый фонтан юности
Last updated
Last updated
Иван Селиванов для спецпроекта, посвященного итогам 2014 года
Кровь лили и тогда, когда закон Ещё не правил диким древним миром; И позже леденящие нам слух Убийства совершались. Но, бывало, Расколют череп, человек умрёт --- И тут всему конец. Теперь покойник, На чьём челе смертельных двадцать ран, Встаёт из гроба, с места нас сгоняя, А это пострашнее, чем убийство. --- Уильям Шекспир, «Макбет».
Практически невозможно уследить за всеми научными и технологическими открытиями, ежечасно и ежедневно случающимися в нашем ускоряющемся мире. Эрудитов становится всё меньше, а узких сфер --- всё больше. Появляются научные дисциплины, находящиеся на грани, казалось бы, совершенно несовместимых сфер: квантовая биология, клиодинамика (чем-то отдалённо напоминающая психоисторию Гэри Селдона) и экзометеорология, занимающаяся изучением погоды на далёких планетах. Поток новостей идёт с такой скоростью, что выбрать какое-то самое интересное и важное исследование крайне сложно. Тем более их последствия и особенности реализации предсказать не представляется возможным. Я склонен считать триумфом цивилизации 2014 года космическую миссию Rosetta. Многолетний труд учёных не прошёл даром, и прямо сейчас, на невообразимом расстоянии от нашей планеты, исследовательский аппарат продолжает свою работу.
Но, как писал Августин Блаженный, «великая бездна сам человек». Разве изменение воспоминаний или создание искусственных «кирпичиков жизни» является чем-то неважным или обычным? Наше тело и душа таят не меньше загадок, чем самые отдалённые уголки Вселенной. О космосе, при всём его величии, нельзя думать всегда. Однако помыслы человека неразрывно связаны с его бренной оболочкой. Страх болезни и радость выздоровления тысячелетиями формировали и шлифовали образ нашей души и философские учения, на которых основана цивилизация. Это та самая вечная нить смертей и рождений, соединяющая современников не только с античными авторами, но даже и с их предками.
Никто не знает, удастся ли человечеству колонизировать хотя бы ближние планеты, или же ледяной Тартар навечно останется юдолью роботов. Но в какой бы среде ни находился человек будущего --- будь то подводная экспедиция, полёт на Луну, или даже пребывание в городах, напичканных «умными» устройствами, чем бы он ни занимался --- пока его жизнь будет конечна, мы сможем его понять. И если говорить о научном прорыве этого года, то нельзя не рассказать про новый шаг к продлению жизни и бессмертию. Несомненно, что однажды решение фундаментального вопроса, определяющего облик человечества, будет найдено. Но останемся ли мы людьми?
Легенды о вечной жизни тесно переплетены как с древней, так и с современной мифологией. Фонтан юности, философский камень, а в последнее время популярность вновь набирают вампиры. Реальность же намного более скучна: продолжительность человеческой жизни действительно увеличилась, но не из-за какой-то панацеи, а из-за целого ряда факторов, формировавшихся десятками лет. К ним относятся и изобретение антибиотиков, и доступ к чистой воде, и даже элементарные правила гигиены --- врачи до определённого момента не всегда мыли руки перед операциями. Более того, из-за увеличившейся продолжительности жизни мы стали «доживать» до того момента, когда нас сразит что-то более страшное, чем обычный инфаркт.
И тем не менее очевидно, что существуют некие механизмы старения, присущие практически всем живым существам. Одна из теорий объясняет его постепенным накоплением ошибок в генетической информации --- мутациям: чем старше особь, тем больше проблем. Авторы другой гипотезы считают, что причина в некоторых генах, нужных в молодом возрасте, но позднее приводящих к старению. Конечно, количество идей не исчерпывается вышеуказанными. К факторам старения относят свободные радикалы, уменьшение активности стволовых клеток и многое другое. Точного ответа пока не знает никто.
Но не все животные стареют одинаково. Так, особый интерес для исследования представляет голый землекоп --- маленький крот, обитающий в Восточной Африке.
У крошечных кротов не развиваются онкологические заболевания, кислота и капсаицин (жгучее вещество, содержащееся в перце) не причиняет им боли, даже высокое содержание двуокиси углерода им тоже нипочём. В прошлом году исследователь Горбунова опубликовала статью в журнале Nature о роли гиалуроновой кислоты в механизме образования опухолей у голых землекопов. Это соединение входит в состав соединительной, нервной и других тканей. Кроме того, так как оно частично отвечает и за рост клеток, то оно влияет и на возникновение опухолей. Оказалось, что его молекулярная масса у слепых кротов в пять раз выше, чем у человека и обычных мышей. При увеличении количества фермента, снижающего молекулярную массу гиалуроновой кислоты, стали появляться опухоли. Скорее всего, это соединение обеспечивает высокую эластичность кожи у животных, столь необходимую в узких туннелях. Но наиболее интересным является то, что с определённого момента в организме крота ничего не меняется, и он благополучно доживает до 30 лет --- совсем неплохой срок для такого крошечного создания. Такой тип старения называется пренебрежимым. Если у человека смертность по мере его старения растёт практически непрерывно, то у некоторых видов этого не происходит. Неизвестно, связано ли это только с гиалуроновой кислотой или с чем-то ещё. Но пример голого землекопа доказывает, что в природе существует механизм, позволяющий не стариться до самой смерти.
150 лет назад была издана работа Expériences et Considérations Sur la Greffe Animale. В ней впервые были описаны принципы парабиоза --- операции по соединению кровеносных сосудов двух животных. Автор, французский учёный Поль Берт, описал её так:
«Эксперимент, названный для сравнения „пересадка приближением", был предназначен для присоединения одного животного к другому через их кожу для обмена нутриентами посредством создания общей системы кровообращения, что даёт более или менее расширенные результаты данных физиологического и патологического соединения, по сравнению с соединением сосудов.
Процедура является одной из простейших: лоскут кожи удаляется с противоположных боков двух животных, участвующих в эксперименте; швы и другие средства поддержания, которые я описал в своей работе, заставляют животных оставаться прикреплёнными друг к другу и предотвращают натирание».
В начале XX века парабиоз использовался для исследования самых различных состояний --- от рака до стоматологических проблем. О возможном влиянии этой методики на продолжительность жизни начали писать уже в середине 50-х. Первое систематическое исследование было опубликовано в 1972 году. В нём впервые были предоставлены серьёзные доказательства о продлении жизни старшей особи (парабионта) по сравнению с одинокими животными.
Руководство по сшиванию мышей
Впрочем, было неясно, что же обуславливает продление жизни. В 2005 году была опубликована статья с многообещающим названием «Омоложение состарившихся клеток-предшественников под влиянием молодого общесистемного окружения». Исследователи Стэндфордского университета отметили, что неотъемлемым признаком старения является снижение способности тканей регенерировать. Для эксперимента были выбраны молодые (2--3 месяца) и старые (19--26 месяцев) мыши. Чтобы определить, является ли юный возраст парабионтов причиной продления жизни, молодых мышей соединили со старыми (изохронные пары). В качестве контрольных групп были выбраны гетерохронные пары молодых мышей и пары старых мышей.
После 5 недель парабиоза к конечностям животных на 5 секунд был приложен сухой лёд. Затем ткани были изучены. Эффект «молодой крови» был очевиден. Кроме того, он проявлялся и при регенерации печени.
Лекарственная форма препарата оказывает огромное влияние на эффективность его использования: несмотря на большую биодоступность, среднестатистический пациент всё же предпочитает принять таблетку, нежели сделать себе инъекцию препарата. Пришивать же к себе какого-то человека довольно затруднительно (не говоря уже о возможном протесте со стороны пришиваемого). Помимо того, у парабиоза немало осложнений --- выживает лишь до 50% особей, так что речь о коммерческом применении не идёт (про вопросы этики лучше ничего даже не говорить). Было необходимо определить, что же именно активирует стволовые клетки и приводит к регенерации и продлению жизни.
В 2013 году исследователи из Гарвардского института стволовых клеток провели анализ изменения толщины стенок камер сердца, происходящего при парабиозе мышей. Сердечная гипертрофия является причиной развития сердечной недостаточности, аритмии и других заболеваний сердечно-сосудистой системы. Как и в описанном выше эксперименте, соединяли как молодых мышей со старыми, так и ровесников.
Через четыре недели в сердца пожилых мышей вернулась молодость --- их размер сократился
Учёные доказали, что кровяное давление не являлось причиной подобных изменений. Для того чтобы определить «фактор X», пришлось изучать плазму и сыворотку крови. Был проведён метаболомический анализ 69 аминокислот и аминов, а также липидомический --- 142 липидов. Тем не менее на этом уровне существенной разницы между составом крови молодых и старых мышей обнаружить не удалось; понадобился протеомический анализ, использующийся при изучении сложных белковых смесей. При этом было обнаружено 13 определяемых компонентов, явно отличавшихся в юной и старой крови. Наиболее вероятным кандидатом оказался белок GDF11 (growth differentiation factor). Для того чтобы определить его влияние, мышам, не принимавшим участия в парабиозе, была проведена серия внутрибрюшинных инъекций. Эффект сокращения толщины сердечной стенки без соединения мышей оказался статистически значимым. Впрочем, функциональное значение уменьшения толщины стенки не было изучено; лишь проверка того, как изменения непосредственно сказываются на работе организма, могла подтвердить или опровергнуть влияние GDF11.
В мае 2014 года в Science, одном из старейших и престижнейших научных журналов, была опубликована статья с анализом влияния уровня GDF11 на скелетные мышцы у пожилых мышей. Мускулы были повреждены при помощи кардиотоксина или, как и в эксперименте девятилетней давности, с использованием сухого льда. Введение GDF11 было начато за 28 дней до травмирования и продолжалось в течение 7 дней после него. Мышечные волокна у старых мышей восстановились до 92% уровня молодых особей. Однако дальнейшее увеличение периода использования белка до 5 недель не повлияло на процесс восстановления. Хотя GDF11 не вызвал изменений массы тела, мышечной или жировой массы, при помощи электронной микроскопии в морфологии мышечных тканей старых особей были обнаружены существенные изменения. Снизилось число атипичных митохондрий, уменьшилось накопление вакуолей, произошло восстановление межфибриллярной структуры митохондрий. Эти и другие признаки говорят о том, что возможным механизмом восстановления мышц является повышение качества процесса аутофагии (удаления ненужных частей клеток и самих клеток), митофагии (избавления от повреждённых митохондрий), а также образования новых митохондрий.
Более того, оказалось, что эти процессы отражаются на функциональном уровне. Так, у старых мышей увеличилась выносливость: максимальный период физической нагрузки вырос с 35 минут до 57, а уровень глюкозы после 40 минут бега был ниже, что косвенно свидетельствует об улучшении работы митохондрий. Более того, как показало исследование, находящееся в этом же номере Science (причём часть авторов у статей совпадает), GDF11 улучшает состояние мозговой сосудистой системы и положительно влияет на образование новых нервных клеток, и должен считаться «новым молекулярным регулятором старения у млекопитающих с потенциально весьма широкой сферой применения». Хотя испытания проходили на мышах, GDF11 найден в крови человека. Это выгодно отличает его от другого препарата, рапамицина, тоже увеличивающего продолжительность жизни мышей. Кровь таит в себе много тайн: при парабиозе возникают положительные изменения в гиппокампе --- части мозга, отвечающей за формирование эмоций и кратковременную память. Более того, хотя определённый белок пока ещё не был выделен, старые мыши стали лучше справляться с заданиями и без операции. Оказалось достаточно переливания плазмы. Простота этого процесса по сравнению с изготовлением фармакологических препаратов открывает путь к безопасным испытаниям на людях. И скоро начнётся исследование эффекта плазмы крови в лечении болезни Альцгеймера --- уже у людей. Определённо, выявление роли GDF11 в процессе старения --- это самое поразительное открытие года, способное необратимо изменить наши судьбы.
Скорее всего, через несколько десятков лет препараты, постепенно продляющие жизнь, или хотя бы дающие возможность стареть не так быстро, пройдут все должные клинические испытания и появятся на рынке. Вначале их стоимость может быть очень высокой. Буквально неделю назад управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило первый препарат для лечения генотипа I гепатита C, сложнее всего поддающегося лечению. Правда, одна таблетка стоит больше тысячи долларов, а весь курс обойдётся примерно в сто тысяч. Но существенное увеличение продолжительности жизни повлияет на человечество намного серьёзнее, чем излечение от какого-либо заболевания. Наше существование обрамлено жизнью и смертью, а старость кажется неизбежной частью жизни --- «зароки выполнить осталось, и веки смежит мне усталость».
Фродо отправляется в своё путешествие, когда ему исполняется 50 лет --- средний возраст, до которого у каждого хоббита есть время попробовать себя во многих стезях (но скорее всего --- просто неторопливо жить). Сложно сказать, как изменится буквально всё, если у нас будет очень много свободного времени. Авторы различных идеологий рисовали утопичные картины освобождения человечества от труда, тщательно маскируя то, чем оно будет заниматься за словами «каждому по потребностям», «расцвет наук и искусства», «долгожданное освобождение». Но институт социальной помощи не только приносит пользу --- он создал целые сословия людей, которым уже никуда не нужно торопиться, даже при текущей продолжительности жизни. Несомненно, что обещание включить в государственную страховку ежемесячный визит к участковому геронтологу будет приносить дополнительные голоса политикам. А страстное желание жить, присущее всем особям, и особенно человеку, понимающего ограниченность своей жизни, может окончательно отравить демократию. Даже неглупому человеку зачастую бывает сложно занять своё время. Готовиться к этому нужно уже сейчас. В конце концов, размышления и познания могут занять целую вечность.
Невзирая на все материальные трудности, ждущие нас в ближайшем будущем, нельзя прерывать совершенствование своего разума. Обязательно выучите английский язык, хотя бы до уровня, позволяющего читать хорошие книги, научные статьи и отчёты аналитических центров. Если знаете английский --- выучите другой. Смотрите онлайн-лекции на Coursera и EdX. Неважно, считаете ли вы себя технарём или гуманитарием --- обратитесь к философским, научным и историческим работам, создавших нашу цивилизацию. В конечном итоге задача русского интеллектуала заключается не только в том, чтобы найти смысл для себя, но и создавать их для других. Попробуйте начать это с января. С наступающим Новым годом, друзья.
