Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей
Шрифт:
Уже много лет исследователи ведут борьбу со старением сразу на нескольких фронтах. Разрабатываются препараты — геропротекторы, и некоторые из них уже продемонстрировали способность продлевать жизнь грызунам, круглым червям и другим животным. Рассматриваются идеи омоложения организма с помощью стволовых клеток, помогающих замещать старые и поврежденные клетки. Есть надежда, что мы научимся запускать регенерацию органов и тканей подобно тому, как ящерица отращивает хвост.
Регенерация не противоречит законам природы, нам нужно лишь понять механизмы, благодаря которым она происходит. Маленькие фрагменты, размером в одну десятую тела плоского червя планарии, могут вырасти в целый организм. Саламандры отращивают утраченные конечности. Некоторые кольчатые черви могут отрастить половину тела, если их разрезать пополам. Морские звезды отращивают лучи, а некоторые рыбы обладают способностью восстанавливать поврежденную сердечную мышцу [420] . Сегодня разработаны подходы, стимулирующие регенерацию тканей сердца [421] и конечностей [422]
420
Poss K.D. et al.: Heart regeneration in zebrafish. Science 2002, 298(5601):2188–90.
421
Engel F.B. et al.: FGF1/p38 MAP kinase inhibitor therapy induces cardiomyocyte mitosis, reduces scarring, and rescues function after myocardial infarction. Proc Natl Acad Sci USA 2006, 103(42):15546–51.
422
Bedelbaeva K. et al.: Lack of p21 expression links cell cycle control and appendage regeneration in mice. Proc Natl Acad Sci USA 2010, 107(13):5845–50.
Некоторые органы можно выращивать и даже печатать с помощью биологических jD-принтеров. Эта технология, использующая клетки в роли своеобразных «чернил», уже позволила создать кожные покровы, кости (например, мениск колена), ухо, клапаны сердца, трахеи и так далее [423] [424] . Некоторым пациентам уже пересадили органы, сделанные по новым технологиям. Рассматриваются варианты выращивания совершенно новых тел, к которым можно было бы подсоединить голову стареющего человека. Последний вариант мне видится наиболее фантастичным, но и это теоретически достижимый результат.
423
Murphy S.V., Atala A.: 3D bioprinting of tissues and organs. Nat Biotechnol 2014, 32(8):773–85.
424
Ventola C.L.: Medical Applications for 3D Printing: Current and Projected Uses. P T 2014, 39(10):704–11.
Когда нужно создать новую биотехнологию, ученые, как мы могли убедиться на многочисленных примерах, часто обращаются за подсказками к природе. В основе методов генной инженерии и генной терапии лежат белки и молекулярные механизмы, возникшие у живых организмов (или вирусов) в процессе эволюции. Но существует ли в природе бессмертный организм, у которого мы могли бы подсмотреть секрет долголетия?
Условное бессмертие можно обнаружить не только у некоторых плоских червей, но и у пресноводной гидры. Если отрезать достаточно большой кусок этого кишечнополостного организма, то он может развиться в новую гидру. Более того, гидры успешно размножаются почкованием, когда молодая гидра растет на теле родительской особи, являясь ее частью. Теоретически особь гидры могла бы существовать сколь угодно долго, хотя мы не знаем, сколько она живет в природных условиях на самом деле.
В детстве мне довелось побывать в национальном парке «Секвойя» в Калифорнии, США. В парке растут гигантские деревья, самое крупное из которых имеет высоту 83,8 метра и возраст 2300–2700 лет. Представьте — Юлий Цезарь еще не успел родиться, а это дерево уже росло. Назвали его Генерал Шерман, в честь генерала Уильяма Шермана, который родился в 1820 году, а умер в 1891-м. Несмотря на все заслуги генерала в борьбе с рабовладельческими штатами во время Гражданской войны, не могу не найти иронии в том, что вся его жизнь равна лишь короткому фрагменту жизни дерева, названного в его честь.
Если говорить не о бессмертии, а о замедлении старения, то наиболее впечатляющим объектом исследований является голый землекоп. Нет, речь идет не о голом человеке с лопатой, а о виде грызунов, живущих колониями под землей. Мыши или крысы живут всего два-три года. Голые землекопы, несмотря на близкое родство с этими грызунами, могут прожить более двадцати восьми лет. При этом они практически не стареют и не болеют раком [425] . Замедленное старение представителей этого вида выражается в том, что они мало меняются с возрастом и сохраняют репродуктивную функцию почти до самого конца жизни. В 2011 году в журнале Nature вышла статья, посвященная прочитанному геному голого землекопа [426] . Ученые надеялись, что сравнение генов этого вида с генами родственных видов позволит открыть причину его долгой жизни. Были выявлены многочисленные особенности генома этого удивительного грызуна, и хотя однозначных выводов о причинах его долголетия сделать не удалось, у ученых появилась масса гипотез для проведения дальнейших исследований.
425
Buffenstein R.: Negligible senescence in the longest living rodent, the naked mole-rat: insights from a successfully aging species. J Comp Physiol B 2008, 178(4):439–45.
426
Kim E.B. et al.: Genome sequencing reveals insights into physiology and longevity of the naked mole rat. Nature 2011, 479(7372):223–7.
Изучение голого землекопа позволило выяснить одну из причин его устойчивости к раку. У млекопитающих встречаются разные механизмы, защищающие от возникновения злокачественных опухолей, причем они дополняют друг друга, создавая многочисленные «слои» защиты. Давайте перечислим некоторые из них. Система репарации исправляет в клетках большинство ошибок в молекуле ДНК. Клетки,
Один из таких засовов, который мы еще не упоминали, свойственен как клеткам людей, так и клеткам мышей. Клетки чувствуют контакт друг с другом, и когда контактов становится слишком много, запускается механизм, останавливающий дальнейшее клеточное деление [427] , — зачаток опухоли не может разрастаться дальше. По сравнению с людьми или мышами у голого землекопа на молекулярном уровне работы клеток имеется дополнительный механизм остановки клеточного деления, два разных молекулярных каскада, основанных на оценке числа контактов, вместо одного. Это значит, что монстру нужно сломать еще один засов, прежде чем землекоп заболеет раком.
427
Seluanov A. et al.: Hypersensitivity to contact inhibition provides a clue to cancer resistance of naked mole-rat. Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106(46):19352–7.
Еще одна особенность голых землекопов — сравнительно низкий уровень интенсивности метаболических процессов. Они мало дышат и едят, эффективно расходуют кислород и энергию. Кроме того, голые землекопы являются единственным известным холоднокровным млекопитающим (то есть не поддерживающим постоянную температуру тела за счет изменения внутренних метаболических процессов). Голые землекопы регулируют температуру тела, перемещаясь из более теплых в более холодные части нор, и наоборот. Здесь мы попрощаемся с холоднокровными долгожителями и посмотрим, что мы узнали из опытов на других животных.
В экспериментах на круглых червях, крысах [428] , мышах, рыбах и собаках [429] было показано, что периоды голодания могут способствовать заметному продлению жизни. Впрочем, положительного эффекта голодания не удалось обнаружить у близкого родственника человека — макаки [430] , а также у плодовых мушек дрозофил [431] , некоторых пауков [432] и ряда других организмов. Продолжительность жизни домашней мухи Musca domestica, наоборот, уменьшалась в условиях сниженного потребления пищи [433] . Работает ли подобный подход на людях — вопрос до сих пор до конца не решенный, поскольку поставить аккуратный эксперимент очень трудно [434] .
428
McCay C.M. et al.: The effect of retarded growth upon the length of life span and upon the ultimate body size. 1935. Nutrition 1989, 5(3):155–71; discussion 72.
429
Szafranski K., Mekhail K.: The fine line between lifespan extension and shortening in response to caloric restriction. Nucleus 2014, 5(1):56–65.
430
Mattison J.A. et al.: Impact of caloric restriction on health and survival in rhesus monkeys from the NIA study. Nature 2012, 489(7415):318–21.
431
Carey J.R. et al.: Life history response of Mediterranean fruit flies to dietary restriction. Aging cell 2002, 1(2):140–8.
432
Kasumovic M.M. et al.: Body condition but not dietary restriction prolongs lifespan in a semelparous capital breeder. Biology letters 2009, 5(5):636–8.
433
Cooper T.M. et al.: Effect of caloric restriction on life span of the housefly, Musca domestica. FASEB journal: official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology 2004, 18(13):1591–3.
434
Cava E., Fontana L.: Will calorie restriction work in humans? Aging (Albany NY) 2013, 5(7):507–14.
Перечисленные различия между видами живых организмов свидетельствуют о том, что связь между количеством употребляемой пищи и продолжительностью жизни довольно сложная. Возможно, дело не в положительном эффекте самого голодания, а в том, что голодание запускает какие-то биохимические процессы в одних организмах, но не в других.
Один из механизмов, позволяющих увеличивать продолжительность жизни посредством голодания, — активизация процесса аутофагии [435] . Обычную сытую клетку можно представить себе как героя «Мертвых душ» Плюшкина, который был очень бережлив и хранил всякое старье: «Там на полке есть сухарь из кулича… сухарь-то сверху, чай, поиспортился, так пусть соскоблит его ножом, да крох не бросает, а снесет в курятник». В ходе аутофагии клетка «переваривает» ненужные внутренние компоненты, избавляется от «мусора».
435
Madeo F. et al.: Can autophagy promote longevity? Nature cell biology 2010, 12(9):842–6.