Старение клеток

В живых клетках содержатся цепи регуляции генов, ответственных за различные функции. Как мы знаем, клетки нашего организма не вечны, они проходят жизненный цикл, включающий рождение, размножение и, наконец, старение и смерть. На все это отводится определенное время. Однако недавно исследователям из Калифорнийского университета в Сан-Диего удалось замедлить процессы старения клеток с помощью методов синтетической биологии. Публикация об этом вышла в журнале Science.

С возрастом организм начинает функционировать все хуже, и в конце концов неполадки становятся такими серьезными, что наступает летальный исход. Связано это с тем, что в различных органах и тканях накапливаются клетки, провоцирующие системные воспалительные процессы.

В частности, это сенесцентные (стареющие) клетки. Данные клетки могут делиться лишь определенное количество раз. Когда они перестают делиться, в организме начинаются сбои. Процесс деления может нарушиться также из-за повреждения ДНК, окислительного стресса и по другим причинам. Но так или иначе накопление таких клеток приводит к воспалениям и запускает процессы старения.

Это механизм, заложенный в нас самой природой. Если бы живые организмы не умирали (а это рано или поздно происходит и с людьми, и с животными, и с растениями, и с бактериями), то Земля оказалась бы перенаселенной, перестало бы хватать ресурсов для жизни и, скорее всего, организмы все равно начали бы умирать в результате голода или насилия, проявленного в процессе борьбы за ресурсы. Но большинство людей не устраивает такая короткая продолжительность жизни (на сегодня она составляет в среднем от 70 до 80 лет в зависимости от страны или региона). За этот срок человек успевает сделать не так много, поэтому все чаще говорится о том, что хорошо бы дотягивать хотя бы до 120-150 лет.

Пока еще четко не доказано, что на долголетие радикально влияют такие факторы, как здоровый образ жизни или отсутствие стрессов. А вот генетика влияет. Именно от нее зависят строение клеток организма и то, когда именно запустятся процессы умирания.

Один из основателей научно-исследовательского фонда SENS Обри ди Грей считает, что старение – это всего лишь «побочный эффект жизни». С ним можно бороться путем вмешательства в механизм работы живых клеток на генетическом уровне. Ведь обычная медицина лечит в основном симптомы заболевания. А, скажем, поведенческие изменения при болезни Альцгеймера проявляются значительно позже того, как мозг уже необратимо поражен амилоидными бляшками. Пока генные методы терапии находятся в основном на стадии исследований, но в ближайшие 30 лет вероятность того, что благодаря им человек сможет продлить свою жизнь, значительно увеличится. По крайней мере, так считают солидные футурологи.

Несколько лет назад специалисты из Стэнфорда объявили, что им удалось победить старение путем наращивания теломер. Новая технология использует модифицированную РНК, содержащую в себе ген обратной теломеразной транскриптазы (TERT). Если эту рибонуклеиновую кислоту вводят в клетки, то активность теломеразы резко возрастает, теломеры удлиняются, клетки начинают усиленно делиться… Ранее ученые уже находили способы удлинения теломер, но подобные эксперименты всегда заканчивались неконтролируемым делением клеток, что могло привести к онкологии. Но в данном случае воздействие на теломеры являлось кратковременным, и иммунная система не успевала на него отреагировать. «Мы нашли способ удлинить человеческие теломеры более чем на 1000 нуклеотидов, развернув вспять ход времени для клеток человека, что эквивалентно многим годам человеческой жизни», – прокомментировала профессор микробиологии и иммунологии Хелен Блау.

Синтетическая биология (англ. synthetic biology) представляет собой новое научное направление в биологии, занимающееся проектированием и созданием биологических систем с заданными свойствами и функциями, в том числе и не имеющих аналогов в природе. К ней относятся, в частности, методы генной инженерии. Одним из направлений синтетической биологии является конструирование искусственных цепей регуляции клеток, которые обладают свойством ортогональности, то есть не влияют на нормальное функционирование клетки.

В процессе предыдущих исследований ученые внедряли в клетки молекулярные переключатели (toggle switches), а также генетические осцилляторы и клеточные счетчики. Все это делалось для поддержания гомеостаза и стабильности в клеточных структурах.

В рамках очередного проекта специалисты из Сан-Диего сконструировали генетический осциллятор нового типа. Эксперименты проводились на этот раз на дрожжах Saccharomyces cerevisiae, то есть на клетках микроорганизмов. Во время исследований была идентифицирована схема регуляции, стимулирующая взаимное ингибирование Sir2 и HAP и ведущая к деградации и старению клеток. Ученые поставили перед собой задачу если не остановить, то хотя бы замедлить эти процессы. Они смогли выстроить цепочку обратной связи между Sir2 и HAP, благодаря чему были сгенерированы устойчивые периодические колебания между ядерными и митохондриальными процессами старения в отдельных клетках.

В ходе опытов были получены доказательства, что такие колебания приводят к увеличению продолжительности жизни клеток на 82%. Это происходило за счет предотвращения процессов, ведущих к потере регуляции хроматина (нуклеопротеида, составляющего основу хромосом), либо к истощению гема. Причем длительность жизни у клеток, подвергшихся манипуляциям, оказалась даже выше, чем у любых других долгоживущих штаммов дрожжей.

Конечно, чтобы сделать окончательные выводы, необходимы испытания и на клетках других организмов – животных и со временем человека. Но авторы работы уже уверенно утверждают, что благодаря искусственно синтезированным генным цепям в будущем могут быть разработаны прорывные методики антивозрастной терапии.