Сила молодости. Как настроить ум и тело на долгую и здоровую жизнь

Андрей Фоменко, 2022

В последние два десятилетия наука и медицина сделали большой шаг в понимании того, что такое старение. Буквально на наших глазах развиваются технологии перепрограммирования клеток, регенерации тканей, генной инженерии, переливания молодой крови и многое другое. Но принципиальное значение имеет не только развитие высоких технологий, ведь даже самые неочевидные вещи – от эффекта плацебо и способа мышления до визуализации и даже ASMR – могут помочь в борьбе со старением. То, что необходимо знать сейчас, чтобы прожить долгую жизнь, не мучаясь от болезненной старости, находится прямо в ваших руках. В данной книге собрана наиболее актуальная научная информация о том, как замедлить процесс возрастных изменений и оставаться молодым как можно дольше. Максимально разносторонний взгляд на проблему старения – с точки зрения генетики, физиологии, психологии, эволюции, квантовой механики, математики и т. д. – отличает эту книгу от большинства трудов, посвященных продлению жизни и молодости. Внимание! Информация, содержащаяся в книге, не может служить заменой консультации врача. Перед совершением любых рекомендуемых действий необходимо проконсультироваться со специалистом. В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.

Глава 2. Генетика

Генетика развивается все стремительнее: каждый год исследований ДНК приносит больше открытий, чем предыдущий. Эта наука распространилась на медицину, психологию, антропологию, экологию и другие области и стала основой для понимания природы самого человека. Генетика изучает базовые механизмы наследственности и изменчивости — свойства, присущие всем организмам. Именно в ней заключены большие перспективы для продления здоровой и активной жизни человека.

Развитие генетики

Несмотря на то что генетика как наука сформировалась лишь в XX веке, некоторое понимание о наследственности имелось и у наших далеких предков. Уже тысячи лет назад люди знали, что некоторые признаки могут передаваться от одного поколения к другому. С этим пониманием они скрещивали и разводили животных и растения, улучшая их свойства и функции.

Первым и самым простым предположением, как наследуются те или иные «черты», стало то, что в детях «смешиваются» признаки обоих родителей, поэтому дети представляют собой нечто среднее между матерью и отцом. Однако уже древним римлянам было понятно, что этот процесс должен происходить другим способом.

В середине XIX века эксперименты австрийского монаха Грегора Менделя позволили приблизиться к современному пониманию механизмов наследственности. На примере собственных наблюдений за растениями он показал, что признаки не смешиваются, а передаются в виде дискретных (обособленных) единиц следующим поколениям.

Его открытию ученое сообщество не придало большого значения, и лишь в 1900 году ботаники Хуго де Фриз, Карл Эрих Корренс и Эрих Чермак получили схожие с менделевскими результаты и, друг за другом опубликовав исследования, подтвердили его гипотезу. В 1909 году дискретные единицы, отвечающие за передачу признаков, датский биолог Вильгельм Людвиг Иогансен назвал генами, а в 1910 году американскому генетику Томасу Ханту Моргану удалось установить, что гены находятся в хромосомах. Прояснить функцию хромосом получилось только в середине XX века, когда выяснилось, что наследственная информация содержится в ДНК.

С момента расшифровки структуры ДНК Джеймсом Уотсоном, Френсисом Криком и Розалиндой Франклин прошло менее 70 лет, однако с тех пор было сделано множество открытий, приближающих нас к разгадке вопроса о том, из чего состоит тело человека и как можно воспользоваться этой информацией для продления жизни. И для этого стоит более детально рассмотреть, что представляет собой ДНК.

Наш генетический код

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которая содержится внутри ядра каждой клетки, хранит в себе информацию, делающую организм таким, какой он есть. Чтобы понять, как она выглядит, можно представить застежку-молнию, закрученную в спираль. Эта длинная спиральная цепочка, состоящая из двух нитей, построена из четырех блоков, называемых нуклеотидами: аденина — А, цитозина — С, гуанина — G и тимина — Т. Весь «текст» ДНК состоит примерно из шести миллиардов «букв», и в нем записаны «инструкции» по построению любой клетки нашего организма. У каждого из нуклеотидов есть пара из другой нити, с которой он соединяется водородными связями, причем аденин всегда будет стоять в паре с тимином, а цитозин — с гуанином.

Строение ДНК

Участки последовательностей нуклеотидов называют генами. Вся совокупность генов, полученных при рождении, составляет генотип человека, а весь наследственный материал, заключенный в клетке, носит название геном.

Рычагами, с помощью которых ДНК управляет организмом, служат белки (или протеины). В нашем теле они нужны для протекания разных биохимических реакций (в качестве катализаторов), обмена веществ, переваривания пищи, заживления ран и др. — для всего сложного физиологического взаимодействия, обеспечивающего здоровье и жизнь организма. Белки образуются в ходе экспрессии генов — в процессе преобразования наследственной информации, заключенной в генах.

Экспрессия происходит в несколько этапов, ключевые из которых — транскрипция и трансляция. У клетки формируется потребность в определенном белке — запускается процесс транскрипции, то есть последовательность нуклеотидов в нужной части ДНК копируется в рибонуклеиновую кислоту (РНК). Эти РНК-копии фрагментов ДНК выступают в качестве матриц для синтеза белка — происходит процесс трансляции.

Поток информации в клетках направлен от ДНК к РНК, от РНК к белку — это центральная догма молекулярной биологии.

В ходе глобального проекта «Геном человека», завершившегося в 2003 году, было обнаружено, что в клетках человека находится примерно 22 тысячи белок-кодирующих генов. Интересно, ведь раньше предполагалось, что их должно быть не менее 100 тысяч. Но, как оказалось, столько генов человеку не нужно, потому что каждый из них может выполнять сразу несколько функций и синтезировать несколько вариантов белков.

Кроме кодирующей ДНК, в клетке есть еще и некодирующая — та, что белки не синтезирует. Она составляет примерно 98 % от всей ДНК человека. Из-за того что еще до конца непонятно, какую именно функциональную активность имеет некодирующая ДНК, ее часто называют мусорной. Однако, несмотря на свое название, она, по-видимому, также важна для жизнедеятельности организма, а часть ее играет роль в эпигенетической (запомним это слово) регуляции.

Можно сказать, что гены по своей сути вечны. Каждая из молекул ДНК способна управлять своим воспроизводством: копировать себя и продолжать существование в течение миллионов лет. Но гены могут меняться — на это влияют различные условия, — и от этих изменений (мутаций) зависит здоровье человека, потому что именно они являются первопричиной многих болезней.

Генетика и медицина

Гены человека похожи на маленькие компьютерные программы, заложенные в человеке еще с древних времен. К примеру, ген рецептора инсулина в жировой ткани хорошо послужил предкам десятки тысяч лет назад: помогал запасать как можно больше калорий в условиях постоянной нехватки пищи. Однако сегодня у человека нет необходимости спасаться от голода, поэтому ген приносит больше вреда, чем пользы: с удвоенной скоростью развиваются такие проблемы, как избыточный вес и ожирение. Современная компьютерная эпоха требует от человека обновления своего генетического кода, и ученые уже получили возможность его изменять.

Именно в генетике многие видят возможность победы над многими тяжелыми заболеваниями, включая онкологические. На сегодняшний день существуют перспективные виды генной терапии против рака — они позволяют редактировать информацию, содержащуюся в ДНК. Это дает возможность специалистам «удалять» вредоносные гены и активировать полезные.

Интересный факт

Первый в мире гибрид обезьяны и человека

В 2019 году международная команда ученых из Китая, США и Испании во главе с испанским биологом Хуаном Карлосом Изписуа создала первый в мире эмбрион-химеру обезьяны с человеческими клетками. Эксперимент был проведен в Китае, где опыты с модификацией генов разрешены, однако из-за этических барьеров эмбриону разрешили прожить только 14 дней.

Химеры — животные или растения, клетки которых содержат генетически разнородный материал. Создание подобных организмов, по мнению ученых, поможет решить проблему трансплантации, так как в них можно будет выращивать человеческие органы.

Помимо трансплантации, создание химер позволяет изучить многие молекулярные механизмы, например то, как развиваются многие заболевания, и в том числе происходит процесс старения. Их понимание может дать возможность создать нужное лекарство.

В 2014 году в Массачусетском технологическом институте открыли один из механизмов редактирования генома — CRISPR/Cas9. Эта технология позволяет разрезать двуцепочечную ДНК в любом месте, в то время как другие способы имеют свои ограничения и являются более сложными для исполнения. С помощью этого метода стало возможным осуществлять более быструю и точную модификацию ДНК в геноме, а также вводить более одного гена в модифицируемый организм в моменте. Данный способ является более дешевым и простым по сравнению с предыдущими разработками. Неудивительно, что CRISPR/Cas9 в последние годы используется все чаще и находит все новые сферы применения.

Специалисты разрабатывают индивидуальные программы по значительному улучшению общего состояния здоровья: такие методики, как геномный анализ, генная терапия и молекулярная диагностика с использованием биомаркеров, уже приносят положительные результаты в экспериментах с животными. А в 2021 году было запущено первое испытание генной терапии болезни Альцгеймера с участием людей: исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего будут вводить пациентам безвредный вирус, который сможет активировать ген, ассоциированный с замедлением и предотвращением процесса нейродегенерации.

Интересный факт

Секрет молодости скрыт в «прыгающих генах»

Вопрос о том, какие биологические механизмы лежат в основе вечной молодости, тревожит ученых уже не один десяток лет. Ответ, как считают специалисты, может скрываться в ДНК насекомых-долгожителей — термитов.

В среднем термиты живут от двух месяцев до двух лет, если речь идет о рабочих особях и «воинах», однако их королевы живут в десятки раз дольше (от 25 до 50 лет). Если бы термиты жили столько, сколько люди, то монархи достигали бы возраста в 1000 лет.

Команда ученых под руководством профессора Фрайбургского университета Джудит Корб установила, что старение организма у термитов вида Macrotermes bellicosus связано с активностью мобильных генетических элементов, или «прыгающих генов», — самокопирующихся элементов ДНК, способных самостоятельно перемещаться и тем самым нарушать нормальное функционирование других генов, находящихся рядом, что приводит в конечном счете к старению и смерти. У монархов прыгающие гены неактивны, поэтому эти насекомые надежно защищены от процесса старения. Однако то, каким образом им удалось подавить этот механизм, ученым еще только предстоит выяснить.

В основе многих болезней лежат генетические нарушения или наследственная предрасположенность. Выявив гены, вызывающие то или иное заболевание, можно вовремя начать лечение или профилактику. В последнее время широко применяется метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), который позволяет за несколько часов размножить в пробирке участок ДНК в миллиардах копий. Для ПЦР-тестов можно брать всего одну клетку или небольшую пробу ткани. Это очень важно, например, для ранней диагностики болезней: можно взять одну из клеток эмбриона, полученного при оплодотворении в пробирке, выполнить генетический скрининг плода и при необходимости провести лечение неродившегося ребенка. Со временем это может положительно повлиять на здоровье будущих поколений, снизив распространение болезней.

Ученые активно изучают методы борьбы со старением и выявляют гены, которые управляют этим процессом. К примеру, они сравнивают геном старых и молодых людей и при помощи компьютера выделяют места, где наблюдается наибольшее количество генетических повреждений.

Кроме того, известно, что старение вызывается укорочением теломер в процессе деления клеток. Теломеры располагаются на концах хромосом и осуществляют функцию защиты ДНК. В конце XX столетия удалось выяснить, что активация теломеразы, отвечающей за удлинение теломер, делает отдельную клетку бессмертной. Об омолаживающем потенциале теломеразы говорят в течение уже многих лет.

Учеными были разработаны специальные инъекции гена теломеразы — TERT. Конкретный подход применения TERT-терапии был подтвержден молекулярным биологом Марией Бласко на мышах, где она продлила как среднее выживание, так и максимальный возраст животных [1]. В одной группе мыши получили инъекции TERT в возрасте 420 дней, что способствовало увеличению медианной выживаемости на 24 % и максимальной продолжительности жизни на 13 %. В другой группе грызуны получили инъекции в возрасте 720 дней, что помогло увеличить медианную выживаемость на 20 % и максимальную продолжительность жизни на 13 %.

Полученные результаты позволяют предположить, что генная терапия в перспективе сможет не только побороть все наследственные заболевания, но и помочь человечеству победить старение и смерть.

Несколько слов о секвенировании

Открытие ДНК и РНК дало науке мощный толчок для того, чтобы найти надежные способы определения последовательности нуклеотидов. Все они объединены общим термином — «секвенирование».

Технологии секвенирования приближают нас к будущему геномной медицины. Расшифровка генетического кода открыла перед учеными и медиками невиданные перспективы и позволила решить целый ряд прикладных и фундаментальных задач: создание новых лекарств, вакцин и иных продуктов. Технологии секвенирования не только помогают выявить скрытые болезни, но и дают возможность проникнуть в эволюционную историю человека, животных и растений, а также понять причины массовых вымираний, происходивших на Земле. Секвенируя геномы останков, ученые узнают о происхождении видов, возрасте организма и о том, какие были условия среды в месте обитания. Именно с помощью изучения фрагментов ДНК был выделен новый вид древних людей — денисовцев [2].

Изначально секвенирование было очень дорогостоящим методом и позволить себе его могли только очень богатые люди и организации. Сегодня заказать или выполнить самостоятельно эту процедуру способна почти каждая научная или медицинская лаборатория. Существует немало компаний, выполняющих генетический тест и предлагающих индивидуальные рекомендации, которые помогут улучшить здоровье и продлить жизнь. Если знать, что один из генов дефектный, можно сгладить вред от его проявления разными способами, например коррекцией образа жизни или лекарственной терапией. Такой персонализированный подход считается более совершенным по сравнению с текущим уровнем развития медицины и несомненно полезным для сферы исследований процесса старения.

Таким образом, с помощью чтения генома можно раскрыть тайны закодированного в нем долголетия и изменить жизнь человека к лучшему, активировав «гены бессмертия» и защитив их от повреждений.

Что такое метагеном?

Технология секвенирования открыла новые горизонты не только перед генетиками, но и перед микробиологами. Ранее ученые могли исследовать геном только тех микроорганизмов, которые можно было вырастить на питательных средах. Благодаря секвенированию появилась возможность получать информацию о микробах, имея в распоряжении только их ДНК, РНК или даже фрагменты генетического материала. Развитие этой технологии привело к появлению нового раздела молекулярной генетики — метагеномики. В рамках этой дисциплины эксперты изучают гены не конкретных клеток в составе организма или в микробных клетках, а метагеном — совокупность всех генов в каком-либо образце.

Образцы для последующего метагеномного анализа могут быть получены из различных участков тела человека: метагеном полости рта, кожи кишечника, влагалища. Также это могут быть образцы, полученные из окружающей среды. Например, в 2003 году ученые использовали метод секвенирования для метагеномного анализа проб океанской воды, полученных из различных уголков планеты [3]. В результате только в образце из Саргассова моря эксперты обнаружили порядка двух тысяч образцов ДНК различных видов, в том числе 148 бактерий, ранее неизвестных науке.

Изучение метагенома помогает не просто провести генетический анализ микробов, но понять законы, по которым живут микробные сообщества, отследить их взаимное влияние и метаболические цепи. Это позволяет получить глубокое представление о жизни микромира внутри нас и вокруг нас.

Заключение

В настоящее время анализ ДНК составляет основу биологических исследований и применяется в биотехнологиях, вирусологии и медицинской диагностике. Разрабатываются и совершенствуются новые технологии для распознавания различных заболеваний, таких как диабет, рак, нейродегенеративные и сердечно-сосудистые болезни, которые сильно снижают качество жизни и вносят большой вклад в общую статистику смертности населения. Ранняя диагностика и точное лечение, которые становятся возможными благодаря генетическим методам и глубокому пониманию строения организма на молекулярном уровне, приведут к продлению жизни и помогут победить старение.