30 января 2016 г.

Бессмертие генов, клеток и архетипов

Бессмертие в природе существует и примером организма который может жить бесконечно долго есть маленькая бессмертная медуза Turritopsis dohrnii. Она начинает свою жизнь в виде личинки, потом взрослеет превращаясь в медузу, живёт медузой 20-30 дней после чего снова превращается в личинку и... начинает развитие из личинки заново.

Что же учёные знают о бессмертии? Есть ли что-то вечное в человеческом организме? Можно ли остановить время и убежать от старения? Лекция Виктора Досенко “Бессмертие” состояла из трёх частей: про бессмертие генов; про известные механизмы и особенности старения человека; и про архетипы людей и социальное понимание бессмертия. И, думаю, каждая из частей нашла свою благодарную аудиторию.

Бессмертие генов


В блестящей книжке Ричарда Докинза “Эгоистичный ген”, которую лектор очень рекомендует прочитать всем, сделан акцент на том, что человек - отнюдь не избранное существо, а лишь один из многих населяющих нашу планету видов. И эволюционная, биологическая цель жизни любого существа - это выживание его генов, передача генов потомству. Мы, живые организмы, лишь контейнер для генов, для выживания нашего генетического кода на многие годы, сквозь века и тысячелетия, сквозь многие поколения организмов, что были нашими предками и будут нашими потомками.

Чем начал отличатся человек от животных, так это тем, что с развитием цивилизаций начал передавать потомству не только гены, но и элементы своей культуры, знания, идеи - так называемые мемы, - они тоже как и гены путешествуют сквозь многие поколения.

Почему же корректно говорить о бессмертии генов, ведь они же постоянно мутируют и меняются, не правда ли? Одним из самых фееричных заблуждений ХХ века оказалось предположение о том, что у организмов разных видов, даже близкородственных, должны быть сильно отличающиеся гены. Когда стало возможным проводить сравнение генов выяснилось, что не только близкородственные организмы имеют удивительно похожий генетический код, но и в генах всех живых организмов на Земле есть много общего. У всех живых форм на планете - животных, растений, грибов и бактерий - около 20% генетического кода совпадает. Если же говорить об эукариотах, живых организмах из клеток имеющих ядра (животные, растения и грибы), то более 50% генома у всех совершенно одинаково и имеет давнее происхождение - передалось в неизменном виде от древних форм жизни. То есть, технически, люди на половину ничем не отличаются к примеру от тех же грибов. Даже если считать просто по количеству информации, по длине ДНК, то например геном человека всего лишь в 4 раза длинее генома ланцетника, примитивного хордового морского животного.

Исходя из подобных данных, сегодня в науке считается верным предположение, что все известные живые формы произошли от одного общего предка - первой живой формы на нашей планете на основе ДНК и протеинов - этого прародителя всего живого учёные называют LUCA (Last Universal Common Ancestor - Последний всеобщий предок). По современным оценкам LUCA жил на нашей планете около 3,5 млрд лет назад. Тем более удивительно, что большая часть его генома была передана в почти неизменном виде через миллионы поколений современным существам. В масштабе истории жизни на нашей планете, и уж тем более в масштабе жизни отдельного человека, гены действительно обладают бессмертием.

Одним из известных примеров генетического механизма оказавшегося одинаковым у всех растений и животных являются так называемые гомеозисные гены или НОХ-гены. Это группа генов которые отвечают за строительство организма по заданному плану в процессе его эмбрионального развития. План устройства организма кодируется в другом фрагменте ДНК - разном для разных существ, а эти гены, одинаковые у всех, строят тело по заданной “программе”. Они одинаковы и у растений, и у мышей, и у человека. Именно они контролируют где у зародыша появится голова, где лёгкое и печень, а где ноги или хвост. Любое малое нарушение в этих генах может повлечь за собой сбои в “конструкции” - к примеру учёные получали в опытах мух с лапами растущими из глаз или мух с других количеством крыльев.

Есть некое сходство, не только поэтическое а и в генетическом смысле тоже, между эмбриональным развитием всех живых организмов на Земле. И человеческий зародыш на пуповине растущий из плаценты матери в чём-то подобен цветку растущему из корневой системы растения. :)

Старение


Большинство живых организмов на планете стареют. Есть редкие исключения - как та медуза из начала статьи. Учёные работают над базой данных особенностей старения у разных существ - AnAge. Там же можно посмотреть короткий список организмов про которых известно, что они почти не стареют - Species with Negligible Senescence.

Старение - это процес когда способность приспосабливаться у организма со временем снижается, а вероятность ассоциированных с возрастом болезней и смерти увеличивается. Старение - это процес настроенный эволюцией, и вряд ли людям получится его избежать полностью и стать бессмертными. Но можно стремиться к тому, чтобы старение было более “здоровым”, более легко переносилось - чтобы наши способности со временем не ухудшались, и чтобы мы с возрастом болели не больше обычного. Продлить жизнь и, главное, сделать жизнь в старости более здоровой и полноценной - именно на это направлены усилия исследователей в этой области. От чего же мы стареем? Что известно учёным и какие теории есть на этот счёт? Какие факторы влияют на риск развития ассоциированных с возрастом болезней и как их можно постараться избежать?

Основной вопрос, который волновал учёных середины ХХ века - “Старение присуще каждой клетке живого организма или же это свойство организма в целом?”. Несколько раз на протяжении недавней истории учёные заблуждались на этот счёт, то считая клетки бессмертными, а старение - особенностью всего организма, то наоборот - считая, что стареют только лишь клетки. На сегодняшний день известно что верно и то и другое - каждая клетка сама по себе в некотором смысле стареет, и параллельно есть механизмы старения на уровне всего организма. Соотвественно, существует два основных направления исследований: 1) изучение старения отдельных клеток - молекулярно-генетические теории старения и 2) механизмы старения организма в целом - нейро-эндокринные теории.

Старение - это хорошая штука придуманная эволюцией для сохранения генома. Мутагенные факторы на протяжении жизни клетки представляют опасность для генов. Если брать соматические клетки, то оказывается что они не могут делиться бесконечное число раз. Леонард Хейфлик в 60х годах ХХ века выяснил, что примерно после 50-60 делений клетка перестаёт делиться, проявляет признаки старения и, в конце концов, умирает. У хромосом в клетках есть небольшие хвостики - теломеры, которые при каждом делении становятся немного короче. Когда длина теломеры падает до нуля - клетка теряет способность делиться. В гаметах, клетках участвующих в половом размножении, теломеры не укорачиваются, и эти клетки бессмертны - способны жить вечно. Оказывается, есть особый фермент - теломераза, который способен достраивать нуклеотиды на хвостах хромосом, то есть “чинить” теломеры, таким образом обеспечивая бесконечное количество делений. За объяснение этого механизма группе учёных в 2009 году дали Нобелевскую премию.

В отношении старения организма в целом на сегодняшний день выяснено несколько аспектов. Гормональная чувствительность гипоталамуса уменьшается с возрастом. Это вызывает, в частности, менопаузу у женщин со всеми вытекающими хорошими и не очень последствиями. Также с возрастом уменьшается выработка и концентрация нейропептида орексина, который играет центральную роль в углеводном и энергетическом обменных процессах - это влияет на чувствительность к глюкозе и способность эффективно осуществлять перенос энергии в организме.

Отдельного упоминания заслуживают эпигенетические механизмы, то есть механизмы приобретения особых “надстроек” над генами (эпигенетических маркеров) способных передаваться по наследству. Исследования последних лет показывают, что большинство эпигенетических особенностей приобретённых родителями на протяжении жизни стираются из генома будущего ребёнка при зачатии - образовании зиготы и её раннем развитии. Но на стадии когда в утробе матери уже образуется эмбрион - его соматические клетки приобретают новые эпигенетические маркеры, это называется эпигенетическим репрограммированием и образ жизни матери на этом этапе и её питание оказывают прямое влияние на формирование особенностей генетики будущего ребёнка. Более того, на последних стадиях эмбрионального развития эпигенетически программируются гаметы - половые клетки ребёнка, что скажется на уже его потомстве. Рацион питания и образ жизни на всём протяжении беременности - это важно!

Вернёмся к старению и поговорим о патологиях связанных с возрастом. Почему люди в старости болеют больше и что делать чтобы этого избежать? Возникновение большинства патологий связано с воздействием различных внешних факторов - например, температуры окружающей среды, или процентного содержания кислорода в воздухе. У каждого внешнего фактора есть некий оптимальный для человека диапазон. Длительное воздействие фактора вне этого диапазона (недостаточное воздействие или чрезмерное) часто и приводит к патологиям. Эволюционно мы приспоблены к воздействию многих внешних патогенных факторов. В процессе своего развития, человечество создаёт для себя всё более “мягкие” и “тепличные” условия, и уменьшение интенсивности влияния некоторых факторов и является, по мнению лектора, причиной большинства болезней цивилизации. Виктор Досенко выделяет следующие 4 основные причины возрастных и цивилизационных болезней: 1) отсутствие голодания; 2) уменьшение физических нагрузок; 3) уменьшение воздействия ксенобиотиков растительного происхождения; 4) отсутствие переохлаждения и перегревания.

1.

Постоянное переедание или отсутствие голодания приводит к блокировке аутофагии, а это влечёт за собой накопление в клетках повреждённых протеинов, органелл и, в конечном счёте, приводит к эндокринно-обменным нарушениям.

Одна из ключевых ролей в процессах клеточного старения принадлежит протеину mTOR. Своим названием (mTOR = mechanistic target of rapamycin = мишень рапамицина) этот протеин обязан другому веществу - рапамицину, открытому в 70х годах ХХ века на острове Пасхи в качестве продукта жизнедеятельности одной из проживающих там бактерий. Рапамицин способен регулировать и блокировать mTOR, что приводит увеличению продолжительности жизни клеток, а также позволяет исскуственно стимулировать процессы аутофагии. В результате нескольких десятилетий исследований на основе рапамицина начали выпускаться официально одобренные медицинские препараты. Кроме увеличения продолжительности клеточной жизни они также оказывают положительное влияние в плане когнитивных функций, риска развития болезни Альцгеймера, рака, заболеваний почек, сердца и аутоимунных. Есть и побочные эффекты - некоторая деградация имунной системы и повышенный риск развития диабета второго типа. На сегодняшний день исследования связанные с mTOR и рапамицином активно продолжаются.

2.

Недостаток физических нагрузок приводит к уменьшению экспрессии генов которые отвечают за адаптацию к недостатку кислорода - гипоксии, что в свою очередь приводит к нарушениям транспорта глюкозы в организме, нарушениям антиоксидантной защиты и другим патологиям.

3.

Ксенобиотиками называют чуждые для нашего организма вещества, часто попадающие извне и токсичные. В нашем организме имеется ряд систем под общим названием ксенобиотический метаболизм, предназначенных для обезвреживания и выведения токсичных веществ. В нём учавствуют печень, почки и ряд других органов. Этот метаболизм регулируется экспрессией определённых генов. Нарушения в этих процессах приводят к неспособности организма обезвреживать вредные вещества, к разнообразным эндокринным и аллергическим заболеваниям. Оказывается, что ключевую роль для “тренировки” ксенобиотического метаболизма и поддержания его в здоровом состоянии играет растительная пища. Растения содержат различные токсины, ксенобиотики растительного происхождения, для защиты себя от поедания. Когда у человека в рационе достаточно растительной пищи, то он получает вместе с едой достаточно этих токсинов и организм постоянно их обнаруживает, обезвреживает и выводит, системы отвечающие за это постоянно находятся “в тонусе” и в любой момент готовы обезвреживать и другие вещества. Если же растительной пищи недостаточно (держим себя постоянно только на макаронах, мясе, и пирожных), то системы ксенобиотического метаболизма со временем деградируют, что и приводит упомянутым выше патологиям.

Тут также уже есть медицинские препараты помимо прочего компенсирующие недостаток растительной пищи (ксенобиотиков). Одно таких из веществ разработано в Киеве - кверцитин, есть на рынке под несколькими торговыми марками.

4.

Ну, и последнее, надо закаляться и ходить в баню :) - время от времени подвергать свой организм переохлаждению и перегреву. Это способствует поддержанию в тонусе системы терморегуляции, отсутствию нарушений в работе гипоталамуса и гипофиза, отсутствию вегетативных патологий.

Бессмертие архетипов

“Не только живые, но и мёртвые играют значительную роль в жизни любого народа. Они творцы его морали и неосознанные двигатели его поведения” - Гюстав Ле Бон.

В каждом социуме есть свои характерные образы, являющиеся частью культуры - к примеру касты в Индии или же распределение ролей в любой достаточно большой группе людей на лидера-льва, жреца-грифа, козла отпущения, рабочую лошадку, друга-пса и других. Какие же роли (архетипы) характерны для украинского социума? Лектор выделил такие четыре: 1) рыцарь, характерник - олицетворение благородства и козацкой силы; 2) Иезуит - государственный деятель, комуникатор, холодный в своих расчётах и планах; 3) козак Мамай - спокойный, погружённый в себя фаталист, философ и музыкант и 4) земледелец-гречкосей - трудолюбивый, привязанный к материальным ценностям, к земле (“Я поддерживал этих страусов. Что в этом плохого?” В. Янукович).

Эти архетипы можно найти в каждом поколении людей. Они передаются из поколения в поколение. Их можно проследить в истории. Проблемы народа и социума появляются тогда, когда носители архетипов занимаются не своим делом. Когда козаки Мамаи пашут землю, иезуиты идут воевать, а гречкосеи правят страной. Нужно стремиться быть в жизни на своём месте, не брать на себя того, что тебе не характерно. Проживать жизнь своим архетипом.

Литература и ресурсы

  1. Ричард Докинз. Эгоистичный ген.
  2. Евгений Кунин. Логика случая.
  3. Слайды этой лекции
  4. Видео Віктор Досенко про старіння


О лекторе


Виктор Досенко - д.м.н., профессор, заведующий отделом общей и молекулярной патофизиологии Института физиологии им. О. О. Богомольца НАН Украины, сооснователь my.science.ua и molecula.club.