Рождение и смерть частовоспринимаются нами на бытовом, а порой и на философском уровнях – как двестороны одной медали. Одно явление якобы неотделимо от другого. Появление насвет неизбежно влечет за собой старение и уход из жизни. Между тем это не совсемтак. Живая клетка как своеобразная молекулярная фабрика способна работать ивоспроизводиться без всяких признаков усталости или старения бесконечно долго.Хороший тому пример – все одноклеточные существа, размножающиеся исключительнобесполым способом. Разумеется, известную всем амебу без труда можно лишить жизни– отравить, сварить, высушить, раздавить, наконец. Однако если ее кормить,холить и лелеять (то есть регулярно менять культуральную среду на новую идобавлять пищу), то она будет без устали делиться и никогда не состарится. Вэтом смысле амеба бессмертна. Если бы клетки нашего тела были подобны амебам, опенсионном возрасте речь бы, возможно, не заходила.

В первой четверти XX в. изводоема была выловлена крошечная инфузория Tetrahymena pyriformis,которая, как и все ее собратья, размножалась путем обычных делений пополам, но всилу некоторых отклонений от нормы не могла вступать в половой процесс с себеподобными*. Так вот, потомки той клетки до сих пор прекрасно чувствуют себя вомногих лабораториях мира, хотя, по самым скромным оценкам, отклетки-прародительницы их отделяет уже более двухсот тысяч делений-поколений.Иначе говоря, клон (штамм) этих инфузорий практически бессмертен.

Никто и никогда не видел пожилуюбактерию. При ее темпах и способах воспроизводства себе подобных говорить остарении совершенно бессмысленно. Смерть в преклонном возрасте становитсяпо-настоящему актуальным и обсуждаемым феноменом только у размножающихся половымпутем многоклеточных. В самом деле: если жизненная программа выполнена –репродуктивный период закончился, потомство оставлено и тем самым апробирован исохранен доставшийся от предков набор генов, зачем же продолжать жить родителям?Просто наслаждаться жизнью? Но они ведь мешают новому поколению... Рациональнеепрекратить бессмысленное расходование ресурсов пожилыми предками, отправив их врасход. Другими словами, на определенном этапе эволюции запрограммированнаягибель многоклеточных в пострепродуктивном периоде стала феноменом, выгодным дляпроцветания вида в целом. Раз так, то неизбежно должны были возникнуть и четкиемеханизмы, эту гибель обеспечивающие.

Прекрасный в этом плане примердемонстрирует совсем просто устроенное многоклеточное существо – крошечныйчервячок, самооплодотворяющийся гермафродит, нематода ценорабдитис(Caenorabditis elegans). Ее размеры едва достигают 1 мм, а общееколичество клеток абсолютно постоянно у всех взрослых особей (около 3 тыс.),причем более половины из них приходится на органы размножения (для сравнения:новорожденный крысенок состоит примерно из 3 млрд клеток). Количество ДНК вкаждой клетке ценорабдитиса всего лишь в двадцать раз превышает количество ДНК усредней бактерии. Жизнь этой нематоды поразительно скоротечна и длится всеготрое с половиной суток, что лишь в двести пятьдесят раз длиннее жизни кишечнойпалочки, которая при благоприятных условиях делится через каждые 20 мин. Нопалочка именно делится, то есть ее молекулярная фабрика продолжает успешноработать, регулярно удваивая свое клеточное хозяйство, а вот отложившая яйцанематода неизбежно умирает. Ясно, что ни о каком старении за счет накоплениявозможных дефектов и повреждений в клетках в этом случае говорить не приходится.Какая уж тут дряхлость, когда тебе от роду не более трех суток! К роковой чертемаленького червя подводит неизбежная, четкая и смертельная, как взглядАбадонны, работа генов, семейство которых биологи назвали CED (Caenorabditis elegans death). Продукт одного гена запускает экспрессию второго, тот активирует третий, седьмой... и в результате дружный лизис всех клеток и гибель организма в целом. Такую запрограммированную клеточную смерть биологи и медики называют апоптозом.

Если бы подобный четкий механизмухода из жизни работал у высших позвоночных, программа нашего пенсионногообеспечения оказалась бы совершенно ненужной. Действительно, к чему копить настарость, если, к примеру, после сорока семи с половиной лет неизбежно последуетбыстрый и безболезненный распад. Слава Богу, этого не происходит, и, может,правы те геронтологи, которые говорят о феномене старости как результатенакопления всевозможных ошибок в работе клеток, из которых мы состоим.Существуют ли вообще какие-либо программы ограничения времени жизни клетокчеловека? Гипотезу их запрограммированной гибели подтвердил в начале 60-х гг.Л.Хейфлик. Он показал, что клетки соединительной ткани человека – фибробласты –способны совершить при культивировании вне организма лишь определенное числоделений. Причем число это зависит от возраста донора. Фибробласты плодапроделывают около 50 делений. Подобные клетки новорожденного способныразделиться уже всего 20–30 раз, а взятые от пожилых людей, они едва осиливаютнесколько клеточных циклов. В “разновозрастных” смесях более молодые клеткивсегда живут дольше, чем их “пожилые” соседи. Следовательно, списать всеразличия на неодинаковость условий при культивировании не удается. В опытах намышах было показано, что “старые” клетки, пересаженные в тело молодой особи,омолодиться не способны и через некоторое время гибнут.

Создается впечатление, что вклетках человека и высших позвоночных отсчитывает ход жизни своеобразныйхронометр. Пока завод не кончился, клетка способна к делению. Как только деленияпрекращаются, наступает так называемое репликативное старение. Само жеколичество делений наших клеток в принципе может быть практически таким жебесконечным, как и у одноклеточных амеб. В этом убеждают постоянноразмножающиеся раковые клетки, у которых подобный хронометр, возможно,сломан или отсутствует вообще. Они регулярно и бодро делятся в лабораториях втечение десятков лет, и феномен старения просто игнорируют. Показательный в этомплане случай – раковые клетки HeLa, которые были получены от негритянкиГенриетты Ламберт (Henrietta Lambert), скончавшейся в 30-х гг. ХХ в. в США откарциномы шейки матки. До сих пор они успешно продолжают делиться в десяткахбиологических и медицинских институтов мира.

Другой яркий пример огромныхвозможностей клеток противостоять бегу времени демонстрируют генеративныеклетки. В самом деле: все мы происходим из одной яйцеклетки, котораяобразовалась в теле матери. Наши родители, в свою очередь, тоже были когда-тоодной клеткой. Таким образом можно протянуть своеобразный “генеративный вектор”назад в прошлое на 2,5 млрд лет – практически до протерозоя. Ведь и наширыбообразные предки рождались из чьей-то икры.

Порой время работы “хронометражизни” может резко укорачиваться. Так происходит при врожденных заболеванияхбыстрого старения – прогериях (гр. pro – раньше, gerontos –старец). Наиболее трагично протекает прогерия детей, которую называют ещесиндромом Хатчинсона–Гилфорда. Ребятишки с этим страшным диагнозом стремительностареют. В среднем они едва дотягивают до 12 лет и чаще всего умирают в этом,казалось бы, юном возрасте от банальных старческих инфарктов. К этому времениони и выглядят как глубокие старики – лысеют, страдают от атеросклероза ифиброза миокарда, практически полностью лишаются подкожного жирового слоя,теряют зубы... К счастью, рождаются такие дети чрезвычайно редко, с частотойодин на миллион (что, кстати, затрудняет генетический анализ причинзаболевания). Главной диагностической особенностью клеток больных с синдромомХатчинсона–Гилфорда является резко сниженное по сравнению с нормой числоХейфлика, то есть количество удвоений, которое способны совершить клетки вкультуре. При этом продолжительность самого клеточного цикла в культуре ихфибробластов достоверно не отличается от контроля. Другими словами, их“хронометр жизни” идет с обычной скоростью, но он заведен только на “пол-оборотапружины” и быстро останавливается.

Другой характерный пример –прогерия взрослых, или синдром Вернера, описанный впервые еще в 1904 г.Страдающие им люди развиваются с нормальной скоростью до 17–18 лет, а потомначинают стремительно стареть. Лишь немногие дотягивают до пятидесяти, уходя изжизни глубокими стариками. У них быстро развивается широкий спектр всевозможныхпатологий, обычно связываемых с возрастными изменениями – атеросклероз, диабет,катаракта, различные типы доброкачественных и злокачественных опухолей. В Япониичастота этого заболевания существенно выше, чем в других странах, и достигает одного случая на сорок тысяч. В результате генетического анализаудалось выяснить, что прогерия взрослых является аутосомным рецессивнымзаболеванием. Это означает, что оно проявится в зрелом возрасте только у техноворожденных, которые получили одновременно от каждого из родителей поопределенному мутантному гену, находящемуся в восьмой хромосоме. Клетки больныхс синдром Вернера обычно перестают делиться в культуре после 10–20 удвоений, чтотакже указывает на некое нарушение у них нормального хода “хронометра жизни”.Однако как же клетка умудряется измерять число делений, которое она ужесовершила?

Впервые на возможный механизмработы подобного “хронометра” указал в 1971 г. в чисто теоретической статье нашсоотечественник, сотрудник Института эпидемиологии и микробиологии АН СССР А.М.Оловников. Идея сводилась к следующему. Еще до деления клетки все ее хромосомыудваиваются. Каждая хромосома представляет собой туго смотанную длинную нитьДНК. Копирование ДНК осуществляется еще до ее “сматывания” в хромосому с помощьюспециального фермента – ДНК-полимеразы. Если несколько вольно сравнить ДНК срельсовым путем, то этот фермент напоминает рельсоукладчик, который ездит порельсам, укладывая рядом с собой параллельный путь. Пока ДНК-полимераза трудитсяна протяжении основной части пути – все в порядке. Но как только она “доезжает”до своеобразного “тупика”, то есть одного из двух концов молекулы ДНК, тут-то ивозникает сбой. ДНК-полимераза просто не способна построить их копию. И“параллельный путь” оказывается чуть короче. А следующий – построенный с него –еще короче. То есть при каждом делении клетки нити ее ДНК должны немногоукорачиваться.

Позже это красивое открытие,сделанное, как говорят, “на кончике пера”, блестяще подтвердилось. Теперьпредсказанное А.М. Оловниковым явление биологи называют концевойнедорепликацией хромосом. В процессе образования похожей на сосискухромосомы укороченные концы ДНК оказываются расположенными на ее краях –теломерах. Укорачивание теломер как раз и является теми молекулярными часами,которые отсчитывают число клеточных делений. Выяснилось, что при каждом деленииклетки теряют от 50 до 200 азотистых оснований – своеобразных “букв”, из которыхсостоит эта макромолекула. По счастью, на концах нитей ДНК не закодированыважные для клетки белки. Теломеры состоят из одинаковых уныло повторяющихсяпоследовательностей нуклеотидов (у млекопитающих это ТТАГГГ), длина которыхуказывает на количество делений, которые еще может осуществить клетка. Кактолько теломеры в результате пройденных циклов копирования хромосом достигаютнекой критической длины, клетка перестает делиться – наступает репликативноестарение. Клетки детей, страдающих прогерией Хатчинсона–Гилфорда, имеютукороченные теломеры. Именно этим объясняется раннее наступление старости. Нотеломеры их родителей нормальной длины. Это означает, что синдромХатчинсона–Гилфорда является результатом какой-то редкой мутации, возникающей водной из самых первых клеток зародыша. Теломеры хромосом у больных с синдромомВернера обычные, но, судя по всему, “точка остановки клеточного деления” у нихнаходится в среднем ближе к краю хромосомы, чем у здоровых людей.

Что же происходит с теломерами употенциально бессмертных одноклеточных, в половых и раковых клетках? В 1985 г. уинфузорий тетрахимен был обнаружен фермент, который активно достраивал концытеломер, с которыми не справлялась ДНК-полимераза. Тем самым этим клеткамобеспечивалась возможность бесконечно воспроизводиться. Фермент назвалителомеразой и вскоре обнаружили его у большинства клеток, с которыми обычноэкспериментируют биологи, – у дрожжей, некоторых насекомых, червей и растений.Выяснилось, что теломеразы прекрасно работают в зародышевых и половых клеткахчеловека. Работают они и в так называемых стволовых клетках – то есть таких,постоянное деление которых лежит в основе обновления крови и некоторых тканей(например, кожи и внутренней выстилки кишечника). До 90% опухолей человекаобладают теломеразной активностью, а вот в нормальных клетках тела (такназываемых соматических), наоборот, эти ферменты найти не удается. Такимобразом, можно напрямую связать активность теломеразы и пролиферативныйпотенциал клеток (то есть их способность к делению). Клетки, в которыхтеломераза не достраивает кончики хромосом, через некоторое время перестаютделиться.

Из этих замечательных наблюденийследует ряд интригующих выводов и предположений. Во-первых, не исключено, чтоподавление активности теломеразы в опухолевых клетках поможет в борьбе с раком.В Институте молекулярной биологии РАН Е.Е. Егоровым с сотрудниками уже полученырезультаты о том, что введение в клетки меланомы и промиелоцитарной лейкемиичеловека ингибитора теломеразы азидотимидина (3'-азидо-3'-дезокситимидина)приводит к укорачиванию их теломер и торможению роста. Правда, бить в литаврыеще рано, поскольку, судя по всему, клетки различных опухолей по-разному обходятбарьер запрограммированной смерти и с каждым конкретным случаем надо разбиратьсяотдельно.

Во-вторых, наоборот, индукцияактивности теломеразы может увеличить пролиферативный потенциал обычных,смертных клеток и тем самым продлить срок их нормальной работы. Например,недавно с помощью методов молекулярной инженерии в клетки эпителия сетчаткиглаза был введен кусочек ДНК, кодирующий человеческую теломеразу. В результатехромосомы начали наращивать свои теломеры, а количество делений этихэпителиальных клеток превысило обычный лимит минимум на 20 удвоений! А что есливвести такой ген теломеразы в клетки зародыша человека? Предположим, онвстроится в одну из 46 хромосом и будет постоянно воспроизводиться при каждомделении. Тогда мы получим человека, все соматические клетки которого будутигнорировать лимит Хейфлика. А это означает, что срок его жизни будетсущественно увеличен. На горизонте научных достижений начинает брезжить заряпотенциального человеческого бессмертия, о котором мечтали десятки поколениймыслителей и естествоиспытателей! Разумеется, такая возможность является покачисто теоретической и путь к ее реализации наверняка окажется не таким простым,как здесь изложено. Более того, этичность проведения подобных экспериментов налюдях наверняка вызовет не менее бурную дискуссию, чем спор о возможности идопустимости клонирования отдельных личностей. Однако мечта о бессмертии стольпривлекательна, что наверняка вызовет попытки реализовать ее напрактике.

Вот тут-то и возникает вопрос, неприведет ли взламывание печати Хейфлика (запрет на бесконечное делениесоматических клеток) к непредвиденным и нежелательным последствиям, от которыхнас “избавляет” смерть. Одним из неизбежных зол, с которым сталкиваются любыеклетки, является возникновение случайных мутаций. Частота их появления уединичного гена оценивается как один случай на миллион клеток и на одно ееделение. Вроде бы не много. Однако число клеток в теле человека оцениваетсядесятками, если не сотнями миллиардов, а общее количество делений,которые они совершают в нашем теле, достигает 1016 (часть отработавших клетокпостоянно гибнет и выводится из организма). Следовательно, при таких порядкахвеличин даже столь редкие события, как мутации, должны постоянно накапливаться вклетках тела в изрядных количествах. Эпидемиологические данные позволяютприкинуть, что для превращения обычной клетки в раковую она должна испытатьгде-то от трех до семи независимых мутаций. Е.Е. Егоров в своем прекрасномобзоре “Теломераза, старение, рак” (Молекулярная биология, 1977, т. 31, № 1)утверждает, что от 60 до 140 (в среднем) клеточных генераций почти неизбежноприведут к возникновению опухоли. А теперь вспомним, что лимит Хейфлика дляклеток человека составляет около 50 делений – таким образом он ставит заслонлавинообразному появлению опухолей в суперпожилом возрасте.

В истории науки бывало уже нераз, когда то или иное открытие приводило к нежелательными последствиями.Возможность значительного продления жизни человека за счет манипуляций с егоклетками и теломеразами грозит еще большим всплеском онкологических заболеванийи еще более существенным накоплением груза генетических мутаций, который и такуже несет на себе людской род благодаря успехам биологии и медицины. Впрочем, ненадо впадать в пессимизм и думать, что этот груз в конечном счете раздавитвкусившее от древа познания человечество. Придется разрабатывать методыгенетической терапии, способные противостоять всем этим негативным явлениям. Аэто серьезное испытание для науки XXI в.