Биохакинг на доступном

Тимур Казанцев, 2023

«В мире, где каждый из нас единственный и неповторимый, остается только одна вещь, которое мы все обязаны разделить – время. Оно неисповедимо, несгибаемо и, пока что, непобедимо. Старение и конечно же близость смерти – эти неприятные процессы, кажется, уготованы каждой живой особи на планете (почти). Но что, если бы мы могли замедлить ход старения, остановить или даже обратить его вспять? Об этом размышляли как античные философы, пытаясь найти эликсир молодости, так и современные ученые, находящиеся на передовой науки, которые, по-видимому, уже вплотную приблизились к достижению этой заветной цели. Технологии и достижения в области медицины и биологии на сегодняшний момент достигли ошеломительных результатов: мы уже полностью расшифровали геном человека (то есть знаем за что отвечает тот или иной ген), умеем эффективно (дешево и точно) вносить изменения в ДНК с помощью CRISPR и других методов, а также знаем практически во всех деталях как функционирует наш организм на клеточном и более высоких уровнях. Тем не менее, несмотря на все эти достижения в области науки, мы по-прежнему не едины в том, что составляет первопричину старения, и здесь ученые все еще придерживаются разных теорий: от теории запрограммированной биологической системы, призванной способствовать эволюции и очищать популяцию от особей, вышедших из репродуктивного периода; до более стохастических и классических теорий износа, как то: поломки в ДНК, увеличение свободных радикалов, истощение иммунной системы, избыточное метилирование ДНК, укорачивания теломер, нарастание перекрестных сшивок и так далее…»

ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ: ПРОГРАММА или ИЗНОС?

Итак, теперь мы поняли, что такое старение на биологическом уровне. Но у нас по-прежнему остается главный вопрос — а ЗАЧЕМ МЫ СТАРЕЕМ? Есть ли возможность не стареть? Кому (или чему) это выгодно?

Подумайте несколько минут, и попробуйте ответить на эти вопросы. Какие у вас идеи?

На самом деле, точного ответа, с которым соглашались бы абсолютно все ученые, пока нет. Есть много теорий старения (по различным оценкам более 100 различных теорий), но если разделить их на 2 большие группы, то можно выделить следующие.

1. Представители первой группы (классические теории поломок, ошибок и износа) утверждают, что старение происходит по объективным причинам: наш организм изнашивается со временем, появляются различные поломки, подобно тому как стареет и изнашивается любая другая система, будь то автомобиль, дом, мебель или даже одежда.

2. Представители второй группы считают, что старение запрограммировано. По их мнению, старение является эволюционным изобретением, направленным на ускоренную смену поколений и реакцию популяции на изменение условий внешней среды. Согласно этой группе теорий, мы умираем через определенный период времени, чтобы следующие поколения могли наследовать немного другие признаки, лучше адаптированные к меняющимся условиям окружающей среды^[13]. Таким образом, каждое новое поколение лучше подготовлено к выживанию^[14].

Обе группы теорий имеют свои аргументы и недостатки и не всегда выдерживают критику. О них мы поговорим чуть позже в этой главе, а сначала давайте познакомимся более подробно с самыми популярными теориями внутри этих 2 больших групп.

Классические теории износа и накопления поломок и мутаций

Теория свободных радикалов

Теория свободных радикалов является одной из основных теорий старения. В соответствии с этой теорией, свободные радикалы, которые образуются в теле в процессе обычных метаболических процессов, могут наносить вред клеткам и тканям, ведущим к старению.

Свободные радикалы — это молекулы с нестабильными электронами. Они называются так из-за своего свободного или нестабильного состояния, которое заставляет их"воровать"электроны у других молекул, вызывая окислительный стресс и повреждение клеток. Затронутые клетки, атакованные свободными радикалами, либо разрушаются либо сами становятся свободными радикалами, распространяя окислительную реакцию на прилегающие клетки. Повреждениям подвергаются в том числе ДНК, белки, пептиды и липиды, что в конечном итоге приводит к старению и болезням.

Свободные радикалы образуются в организме в результате ряда процессов. Одним из основных источников является окислительное дыхание в наших клетках. Когда мы дышим кислородом, он вступает в химические реакции в нашем теле, в результате которых образуются свободные радикалы. Это происходит в митохондриях, органеллах клетки, которые служат"энергетическими станциями"организма. Это нормальный и неизбежный процесс, и не все свободные радикалы вредны. Они играют важную роль в ряде функций организма, включая борьбу с инфекциями. Проблемы возникают, когда образуется слишком много свободных радикалов или когда антиоксидантная защита организма ослабевает, что приводит к состоянию, известному как окислительный стресс.

Наш организм имеет встроенные механизмы защиты от свободных радикалов, включая антиоксиданты, которые могут"обезвреживать"свободные радикалы, прежде чем они нанесут ущерб. Существуют также продукты и препараты, которые могут помочь бороться со свободными радикалами. Это включает в себя пищевые продукты, богатые антиоксидантами, такие как фрукты, овощи, орехи и зеленый чай, а также добавки, такие как витамины C и E.

Теория накопления ошибок Сцилларда

Лео Сциллард, венгерско-американский физик и биолог, внес значительный вклад в развитие теоретической физики и биологии в середине 20-го века. Он был одним из участников Манхэттенского проекта и принимал активное участие в разработке атомной бомбы. Однако в более позднем периоде своей карьеры, Сциллард начал уклоняться в сторону биологии и биофизики, что привело его к разработке своей теории накопления ошибок.

Изучая влияние радиации на живые организмы, Сциллард предложил свою теорию накопления ошибок в 1959 году. Согласно этой теории, старение — это результат накопления различных ошибок в клетках и тканях организма в течение времени. Все биологические процессы в организме контролируются генами, которые содержатся в ДНК. Когда клетки делятся, они должны скопировать свою ДНК, чтобы передать её дочерним клеткам. Однако этот процесс не всегда проходит идеально, и иногда происходят ошибки копирования. Эти ошибки, или мутации, могут привести к изменениям в функционировании клеток и тканей.

Со временем, эти ошибки накапливаются. Некоторые из них могут быть исправлены механизмами ремонта ДНК, но некоторые остаются. С возрастом количество этих неисправленных ошибок увеличивается, что ведет к появлению большого количества заболеваний и в том числе ускоренному старению организма (мы затронем эту тему более подробно в следующей главе про генетику).

Сенесцентные клетки

Знали ли вы, что зомби обитают не только в фильмах ужасов, но и внутри нас?! Зомби-клетками называют клетки, которые перестают делиться и выполнять присущие им функции, и в то же время вместо того, чтобы умереть и разложиться в нормальном процессе апоптоза, они продолжают находиться в нашем организме, заражая соседние здоровые клетки, и побуждая их также войти в это состояние сенесценции (старения).

Присутствие сенесцентных клеток вызывает множество проблем: они снижают ремонт и восстановление тканей, увеличивают хроническое воспаление и даже в конечном итоге могут повысить риск рака и других заболеваний, связанных со старением.

Изношенные или сильно поврежденные клетки обычно уничтожают себя через запрограммированную клеточную смерть, называемую апоптозом, и они также удаляются иммунной системой. Однако, с возрастом иммунная система ослабевает, и все больше старых и поврежденных клеток ускользают от этого процесса и начинают накапливаться во всех тканях организма. К тому времени, когда люди достигают старости, значительное количество этих устойчивых к смерти клеток накапливается, вызывая хроническое воспаление и повреждение окружающих клеток и ткани. Эти сенесцентные клетки являются одним из ключевых процессов в прогрессировании старения.

Однако, биология и наука не были бы таковыми, если бы ученые не продолжали делать новые открытия и периодически опровергать или дополнять прежние факты и теории. Так, например, в последнее время растет количество данных о том, что сенесцентные клетки могут оказывать благотворное влияние, особенно в процессах заживления ран и регенерации тканей. В частности, исследования на саламандрах показало, что стареющие клетки играют ключевую роль в восстановлении утраченных конечностей этих животных. Увеличение количества стареющих клеток в ране стимулировало регенерацию, приводя к быстрому восстановлению тканей^[15].

Теория перекрестных сшивок

Теория перекрестных сшивок объясняет процесс старения с точки зрения химических изменений, происходящих в теле. Согласно этой теории, когда глюкоза связывается с белком в присутствии кислорода, происходят молекулярные изменения, которые ведут к образованию вредных перекрестных химических связей между белками и структурными молекулами. Это приводит к утрате функциональности молекул на базовом уровне и, со временем, накопление сшитых молекул повреждает клетки и ткани, увеличивая их жесткость и замедляя процессы в организме.

В результате таких реакций ткани нашего организма теряют свою эластичность. Это можно наблюдать на примере кожи, которая со временем становится морщинистой в результате отвердения коллагена. Сшивки также влияют на повышение жесткости стенок кровеносных сосудов, замедленное заживление ран и снижение подвижности суставов.

В целом, у клеток есть механизмы для разрушения подобных сшивок. Однако это требует от организма очень больших энергозатрат. К счастью, сегодня уже разрабатывают специальные препараты, которые «распускают» внутренние сшивки и превращают их в питательные вещества для клетки.

Что не так с классическими теориями старения и износа организма?

Итак, мы посмотрели на несколько классических теорий старения, связанных с поломками, мутациями ДНК, износом организма, и в целом, все они звучат достаточно логично и убедительно. Эти теории предполагают, что процесс старения возникает в результате накопления ошибок и повреждений в организме, вызванных внешними и внутренними факторами, что неизбежно ведет к смерти.

Однако, один примечательный факт ставит под сомнение все эти классические теории старения, связанные с износом организма. И этот факт заключается в наличии на Земле некоторых живых организмов, которые, по сути, бессмертны (или более научным термином обладают «пренебрежительным старением») и обладают удивительной продолжительностью жизни. Если эти существа и погибают, то, как правило, не от поломок и износа, а из-за других причин — например, они могут быть съедены или не могут найти пищу из-за изменений в окружающей среде, стать слишком большими или погибнуть по другим причинам.

Поэтому давайте посмотрим на этих долгожителей-рекордсменов, перед тем как перейти к другой большой группе теорий старения.

Бессмертные виды

Эту главу стоило бы, пожалуй, начать со слов:

«Добро пожаловать в мир бессмертия!»

Потому что здесь мы познакомимся с организмами, которые бросают вызов всему, что мы знаем о жизни и смерти. Одни в свои 35 лет выглядят так же как и в 2 года от роду, другие — умеют заново отращивать себе оторванные конечности, третьи — умеют бесконечное количество раз возвращаться к своему детскому состоянию, чтобы заново пройти путь взросления.

Итак, давайте знакомиться.

1. Самый известный долгожитель — это, пожалуй, голый землекоп. Эти маленькие грызуны обитают в сухих саваннах и полупустынях Кении, Эфиопии и Сомали и живут подземными колониями, которые насчитывают около 80 особей и имеют сложную социальную структуру. Если у людей после 40 лет риски смерти увеличиваются в геометрической прогрессии и удваиваются каждые 8 лет, то у землекопов нет корреляции смерти с возрастом. Голые землекопы живут более 30 лет^[16], не болеют раком или другими известными болезнями, и умирают в основном в драках с другими сородичами, нежели от старения. Для сравнения, мыши и крысы, имеющие такие же размеры, живут 2 — максимум 3 года. Эти маленькие грызуны просто разносят в пух и прах все классические теории старения, потому что у них никакого изнашивания организма не происходит: особь 30 лет голого землекопа может выглядеть примерно так же, как и особь, которой 1–2 года^[17].

2. Turritopsis nutricula — медуза, прозванная бессмертной, способна возвращаться в стадию полипа из половозрелой стадии. Как только она чувствует, что состояние океана становится угрожающей ее жизни (загрязнение, критическое изменение температуры, голодание), медуза опускается и прикрепляется ко дну океана, превращаясь (за счет изменения функций ее клеток) обратно в полип, которым она была на начальной стадии своего созревания. Через какое-то время, когда условия окружающей среды становятся более благоприятными, этот полип отпочковывается от дна, опять превращается в молодую медузу, и начинает заново расти, питаясь планктонами. Этот цикл может продолжаться бесконечно благодаря наличию у этой медузы уникальных генов. Важно отметить, что, хотя медуза и может избегать естественного старения, она не является полностью бессмертной в том смысле, что ей все еще грозят хищники, болезни и другие опасности окружающей среды. Несмотря на это, бессмертная медуза остается удивительным доказательством возможности обратного старения в природе.

3. Гидра также считается бессмертным животным. Если рассечь гидру надвое, то обе части через какое-то время превратятся в две новые полноценные особи. Это происходит благодаря высокой регенерационной способности гидр и огромному запасу у них плюрипотентных стволовых клеток, которые способны бесконечно делиться и образовывать другие типы тканей и клеток (превращаться в мышечные, нервные и другие типы клеток). Это делает гидру одним из самых удивительных примеров регенеративных способностей в природе.

На самом деле такие плюрипотентные стволовые клетки присутствуют и у людей, но только на начальном этапе эмбрионального развития, когда мы быстро развиваемся и растем, потом их запас быстро снижается (они дифференцируются в другие типы клеток и тканей), в то время как у гидр они, видимо, остаются на всю жизнь. Хотя ученые уже научились возвращать взрослые стволовые клетки в плюрипотентные стволовые клетки с помощью специальных факторов Яманака (об этом более подробно в главе «Будущее рядом»).

4. Возраст морского двустворчатого моллюска Arctica islandica, обитающего в водах Атлантического и Северного Ледовитого океанов, может достигать 500 лет. Размер этого моллюска не превышает кулака взрослого человека, и исследователи полагают, что секрет его долгой жизни — в его способности защищать от разрушения протеины, из которых состоит его тело. Возраст моллюсков исследователи устанавливают по линиям на панцире, которые подобны годовым кольцам на стволах деревьев. По этим кольцам на панцире моллюска учёные также планируют понять о климате, составе воды и её температуре на протяжении всей жизни этого живого существа.

5. Алеутский морской окунь — еще один представитель долгоживущих организмов. Некоторые особи доживают до 70-100 лет, однако известны и более старые окуни. Так, например, в истории рыболовства зафиксирован случай поимки 205-летнего алеутского морского окуня. Ученые долгое время исследовали этих окуней и даже обнаружили гены, которые и отвечают за его долголетие, в частности, за поддержание структуры ДНК, регулирование клеточного деления и гибели и иммунной системы^[18].

6. Сосна остистая — еще один вид, который считается бессмертным, так как с возрастом у этого дерева не наблюдается какого-либо функционального угасания или старения. Научно подтвержденный возраст одной из таких сосен составлял 5062 года, хотя возможно существуют сосны и древнее. До этой сосны, наиболее старейшим признавались деревья Прометей возрастом 4862 года, срубленное в 1964 году, и старейшая живая сосна Мафусаил возрастом более 4850 лет^[19].

Вот еще несколько видов животных, которые не слышали о том, что принято стареть:

— гренландский кит (рекорд — более 200 лет),

— гренландская полярная акула (272 года),

— галапагосские и гигантские черепахи (150–300 лет),

— морской еж Strongylocentrotus franciscanus (до 200 лет),

— европейский протей (100 лет),

— некоторые виды попугаев (90 лет)

На самом деле существует целая база данных по старению и продолжительности жизни животных и других многоклеточных организмов (AnAge Database of Animal Ageing and Longevity):

https://genomics.senescence.info/species/index.html

Связь размера тела и продолжительности жизни

Причем, здесь хотелось бы обратить внимание на 2 факта.

1. Периодически можно встретить такое мнение, что продолжительность жизни сильно коррелирует с размерами тела организма. Однако, это не так. Слоны, например, вес которых несколько тонн, живут 40–70 лет, в то время как упомянутые нами моллюски или саламандры весом 100 грамм живут более 100 лет.

Более того, по мере роста организма, размер долгоживущего животного может даже сыграть с ними в злую шутку и привести к смерти. Например, по мере увеличения возраста и массы некоторых акул или морских окуней, их скорость передвижения и маневренности снижается, им тяжелее догнать добычу и они попросту умирают от голода, а не от старости и возраста или каких-либо болезней.

3. Второй факт заключается в том, что даже внутри одного и того же вида могут быть подвиды, продолжительность которых сильно отличается друг от друга. Например, если взять разные подвиды морских ежей, то их продолжительность отличается на порядки:

Морские ежи:

— Lytechinus variegatus — 4 года

— Echinometra lucunter — 40 лет

— Strongylocentrotus franciscanus — 100–200 лет

Другой уже упомянутый нами пример — голые землекопы, которые могут доживать до 30 лет и более без видимых признаков старения организма, в то время как их ближайшие родственники — мыши, крысы и грызуны такого же размера — живут в среднем только 2–3 года.

Эти модели очень интересно исследовать — почему такие близкие родственники так сильно отличаются по продолжительности жизни? Какие механизмы внутри клеток позволяют существовать так долго?

Более подробно о связи между размером тела, скорости обмена веществ и продолжительности жизни, в моем посте: https://vc.ru/s/1830105-biohaking-na-dostupnom/899832-razmer-imeet-znachenie-paradoksnye-vyvody-o-razmere-skorosti-obmena-veshchestv-i-prodolzhitelnosti-zhizni

* * *

Ну как? Изменилось у вас отношение к старению после знакомства с этими видами, которые «плевать хотели» на смерть от старости и заболеваний?) Если некоторые виды живых организмов могут доказанно жить сотнями лет (причем у многих из них не обнаруживалось признаков износа организма, или существенных повреждений тканей, органов, клеток, окислительных повреждений), то получается можно считать, что никаких запретов на воспроизводство и существование клеток и организма в целом на протяжении долгих периодов не существует.

Именно в результате исследования этих «бессмертных видов» ученые стали подвергать сомнению упомянутые нами классические теории старения, обусловленные поломками и износом организма в результате возраста. Если есть организмы, которые могут жить и несколько сотен лет без поломок и признаков старения, то может быть ключевой фактор в продолжительности жизни или старении в чем-то другом?

Поэтому давайте теперь вернемся к другой большой группе теорий старения.

Теории запрограммированного старения

Данная группа теорий рассматривает старение как стратегию обновления поколений, которая помогает видам эволюционировать и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. В соответствии с этой концепцией, наша первостепенная задача — достичь репродуктивного возраста, затем найти партнера для передачи своих генов следующему поколению.

Как только мы успешно выполнили эту роль, наша ценность для природы снижается. Возможно, мы остаемся полезными некоторое время после рождения детей, прежде всего для того, чтобы помочь им вырасти, стать независимыми для самостоятельной жизни. Но после того, как наш репродуктивный период завершается, мы становимся менее важными для природы.

Это объясняет, почему наш организм работает идеально до возраста примерно 25–35 лет. В этот период у нас отлично функционируют регенеративные процессы, мы быстро восстанавливаемся после большинства заболеваний. Однако после 30 лет эти способности начинают постепенно угасать. И если бы не достижения современной медицины, наша ожидаемая продолжительность жизни так и оставалась бы в районе 35–45 лет^[20].

В этом контексте старение и смерть можно рассматривать как способ"очистки"популяции от особей, которые вышли из репродуктивного периода. При таком подходе старение и смерть выглядят не как несчастные случайности, а как важная часть естественного процесса, обеспечивающего плавную смену поколений и продолжение выживаемости вида.

А теперь конкретные инструменты как реализуется эта функция старения с точки зрения представителей теории запрограммированного старения.

И здесь тоже можно поделить теории на 2 подгруппы: первая подгруппа считает, что организм запрограммирован стареть; а вторая подгруппа считает, что мы стареем, потому что есть какой-то механизм, который запрещает нам / не дает нам чинить возникаемые поломки.

Теломерная теория старения

Одной из самых интересных и известных теорий старения является теломерная теория. Изначально ее основные положения выдвинул советский ученый Алексей Оловников в начале 1970-х годов, и только в 2009 году за ее доказанность и более точное определение механизма трем американским ученым была присуждена Нобелевская премия по медицине и физиологии.

В чем состоит суть этой теории?

Теломеры — это концевые участки хромосом, в которые упакованы наши ДНК. Теломеры можно сравнить с пластиковыми наконечниками на обувных шнурках. Если этот пластиковый наконечник на шнурке убрать, то шнурок начнет расплетаться и разлохмачиваться. Примерно то же самое происходит и с хромосами. Каждый раз при делении клеток, длина теломер укорачивается. Теломер хватает примерно на 50 делений клеток, этот предел назвали «пределом Хейфлика» в честь американского ученого Л. Хейфлика, который в 1960-х гг. обнаружил этот факт, что человеческие клетки могут делиться только ограниченное количество раз, и таким образом продолжительность их жизни «запрограммирована».

Когда теломеры укорачиваются настолько, что наступает предел Хейфлика, хромосомы начинают слипаться, ломаться, становятся более ломкими, клетки уже не могут делиться, и тогда они теряют жизнеспособность. И согласно теломерной теории, именно это и является причиной старения.

В целом теломерная теория звучит достаточно логично. Однако, некоторые факты сильно подшатывают ее возможность на то, чтобы быть ведущей теорией старения.

Во-первых, в наших клетках присутствует также фермент теломераза, который может достраивать укороченные концы хромосом — теломеры. Именно за его открытие и была присуждена Нобелевская премия в 2009 году. В большинстве клеток теломераза имеет низкую активность, а ее принужденная активация медицинскими способами может приводить к повышению риска рака. Поэтому, не все так однозначно.

Во-вторых, предел в 50 делений действует не для всех видов клеток (примерно только для 1/8 от всего количества клеток). Некоторые клетки (стволовые или раковые) могут делиться бесчисленное количество раз. А большинство клеток человека вообще постмитотические — т. е. они вышли из клеточного цикла и больше не обновляются или редко делятся после того, как они сформировались во время развития^[21]. Постмитотические являются самые важные для организма клетки: например, нейроны не делятся совсем — они с нами с самого рождения. Кардиомиоциты — клетки сердечной мышцы также практически не делятся после возраста примерно в 15–20 лет. Если бы клетки сердца делились и регенерировались, то было бы прекрасно и у нас не было бы инфаркта миокарда.

Постмитотическими являются и клетки большинства желез. Например, тимус (центральный орган иммунной системы) не делится, и что бы мы ни делали с теломеразой, он будет только уменьшатся с возрастом.

Кроме всего этого, скорость укорочения теломер также может существенно различаться у людей одного и того же возраста, что указывает на важность других факторов, включая генетику и образ жизни, которые могут влиять на старение. Если сравнивать разные виды организмов между собой, то некоторые виды животных с высокой продолжительностью жизни могут иметь эквивалентную или даже меньшую длину теломер по сравнению с человеком. Такое расхождение позволяет предположить, что длина теломер не является единственным фактором, определяющим продолжительность жизни.

Поэтому теломерная теория достаточно интересна, она объясняет, почему некоторые клетки делятся ограниченное количество раз. Но эта теория сама по себе не может полностью объяснить такой сложный процесс старения, потому что управление теломеразой (для продления теломер делящихся клеток) может обернуться риском развития рака, а для большинства остальных клеток этот механизм вообще не играет никакой роли, потому что они не делятся или делятся очень редко.

https://www.youtube.com/watch?v=qcj0D-bkCPM — биолог о теломерной теории (видео, 5 мин)

https://ria.ru/20230819/telomery-1890440981.html — статья о Элизабет Пэрриш, которая стала «нулевой пациенткой» по удлинению своих собственных теломер

Нейроэндокринная теория старения

Нейроэндокринная теория старения, предложенная Владимиром Дильманом в 1954 году, утверждает, что старение вызвано прогрессирующей потерей чувствительности рецепторов гипоталамуса к гормональному фону организма.

Гипоталамус — часть мозга размером с грецкий орех, управляющая выработкой гормонов другими органами и железами. Дильман полагал, что прогрессирующая с возрастом потеря чувствительности гипоталамуса ведет к нарушению гомеостатического баланса и способности к точной регуляции, что приводит к уменьшению производства многих гормонов, вызывая болезни старения (диабет, ожирение, гипертония, климакс, атеросклероз, и т. д.).

Теория апоптоза

Эта концепция, также известная как принцип клеточного самоуничтожения, принадлежит известному академику В.П. Скулачеву. В соответствии с данной теорией, каждая клетка проходит через определенный (запрограммированный) жизненный путь, после чего умирает, освобождая пространство для новых клеток.

После того как клетка умирает, она"саморазлагается", и ее компоненты используются соседними клетками в качестве строительных блоков. Этот процесс также происходит с митохондриями, когда в них накапливается избыток свободных радикалов. Когда число умерших митохондрий становится слишком великим, продукты их распада вызывают апоптоз, то есть самоуничтожение.

В молодом возрасте количество умирающих клеток примерно равно количеству новообразующихся клеток, поэтому они просто заменяются (например, кожные клетки). Однако с течением времени число саморазрушающихся клеток становится больше, чем новых. Ткань и органы полностью не успевают восстановиться, они теряют свою функциональность, и частично начинают замещаться соединительной тканью (отсюда, в частности, фиброз легких и другие заболевания).

Иммунологическая теория старения

Данная теория предполагает, что постепенное снижение функции иммунной системы с возрастом является значительным фактором процесса старения. Эта теория основывается на наблюдении, что иммунный ответ у пожилых людей обычно слабее, чем у молодых, что приводит к увеличенной подверженности болезням и инфекциям.

Иммунная система — это сложная сеть клеток, тканей и органов, которые работают вместе, чтобы защитить организм от вредных вторженцев, таких как бактерии, вирусы и другие патогены. Однако с возрастом способность иммунной системы реагировать на эти угрозы уменьшается. Это связано с уменьшением числа иммунных клеток, снижением их способности эффективно общаться, а также общим ухудшением способности иммунной системы распознавать и устранять чужеродные вещества.

В результате пожилые люди становятся более подверженными инфекциям, раку, автоиммунным заболеваниям и другим проблемам со здоровьем. Кроме того, ослабленный иммунный ответ также влияет на способность организма восстанавливать поврежденные ткани, что ускоряет процесс старения.

Теория иммунного старения также предполагает, что хроническое воспаление, часто связанное со старением, является другим ключевым фактором в прогрессии возрастных заболеваний. Это постоянное слабое воспаление, известное как"инфламмэйджинг", считается фактором, который способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, болезни Альцгеймера и других возрастных состояний.

Теория квази-запрограммированного старения (mTOR и IGF-1)

Согласно данной теории, выдвинутой профессором Михаилом Благосклонным, старение не является непосредственно запрограммированным в генетическом коде организма, но становится неизбежным побочным эффектом других генетических программ, задействованных в развитии и функционировании организма. Это возможно из-за того, что многие гены и механизмы, которые обеспечивают выживание и развитие в молодом возрасте, могут оказывать отрицательное влияние на организм в старости.

Одним из ключевых элементов этой теории является роль сигнального пути mTOR (мишень рапамицина млекопитающих). mTOR — это белок, играющий важную роль в регуляции роста и развития клеток. Он контролирует белковый синтез, обмен веществ и иммунный ответ, что делает его критически важным для эволюции и выживания организма в молодом возрасте.

mTOR важен для роста организма, но когда активность mTOR высока (например, когда в клетке много питательных веществ), аутофагия (переваривание пришедших в негодность белков и органелл) подавляется. А когда активность mTOR низкая (например, при голодании), аутофагия стимулируется. Таким образом, избыточная активность mTOR не дает очищаться клеткам и организму, поврежденные клетки и белки продолжают накапливаться, что может приводить к ускоренному старению и развитию возрастных заболеваний, таких как рак, диабет и болезнь Альцгеймера. Именно поэтому была найдена зависимость между блокировкой mTOR и увеличением продолжительности жизни^[22]. Блокировка или подавление mTOR и включение процессов аутофагии достигается, в частности, путем голодания или его медикаментозными аналогами.

Другим виновником, согласно данной теории, является как ни странно, гормон роста (или пептид IGF-1, при содействии которого реализуется действие гормона роста в тканях). Было замечено, что люди, больные синдромом Ларона и имеющие форму карликовости за счет мутаций в рецепторе гормона роста, намного реже сталкиваются с заболеваниями, связанными со старением (рак и диабет) и доживают до вполне преклонного возраста.

Таким образом, в начале жизни mTOR (наряду с гормоном роста и инсулином) нам помогает, так как направлен на рост и развитие организма. Однако, когда мы вырастаем, этот сигнальный путь не выключается. И то, что помогало нам расти и выживать вначале, способствует ускорению старения в конце. Поэтому механизмы, ингибирующие (подавляющие) mTOR, а именно рапамицин или периодическое голодание, рассматриваются как одно из средств против старения, которые запускают в том числе и процессы аутофагии (клеточного очищения).

Если суммировать, основной смысл данной теории в том, что «старение — это на самом деле программа молодости, которую никто вовремя не отключил».

Более полное объяснение этой теории: https://nauka.tass.ru/sci/6820089

Обязательно почитайте, крайне интересно и заставляет задуматься.

Кстати, данная теория коррелирует с таким понятием как «антагонистический плейотропизм», концепт, который предполагает, что cтарение вызывается плейотропными (участвующих во многих процессах) генами, функции которых на ранних этапах жизни благоприятствуют приспособленности организма, в то время как на поздних эта функция пагубно сказывается на его приспособленности. Более подробно об антагонистическом плейотропизме можно почитать на моем канале^[23]:

https://vc.ru/s/1830105-biohaking-na-dostupnom/833391-kogda-geny-igrayut-protiv-nas-paradoks-antagonisticheskogo-pleyotropizma

Эпигенетическая теория старения

Эпигенетическая теория старения — одно из наиболее перспективных направлений в современной генетике и биологии старения. Суть этой теории заключается в том, что процессы старения организма могут быть связаны не столько с изменениями в самом ДНК, сколько с модификациями, которые происходят вокруг него — эпигенетическими маркерами.

Эпигенетика — это наука, изучающая изменения в активности генов, которые связаны с изменениями метильного профиля нашего ДНК. Метильные группы, расположенные на цепочке ДНК, могут включать или выключать гены, которые производят нужные белки, из-за чего могут происходить те или иные изменения в функционировании нашего организма. Изменения метильного профиля могут быть вызваны различными факторами, включая возраст, образ жизни и окружающую среду.

Одним из ключевых моментов в эпигенетической теории старения является концепция"эпигенетического часов". Это метафора, которая описывает то, как эпигенетические изменения, происходящие в течение жизни организма, могут служить маркерами его возраста. Согласно этой теории, с течением времени эпигенетические маркеры могут накапливаться, вызывая изменения в работе генов и приводя к различным проявлениям старения. Это может включать в себя потерю эластичности кожи, снижение функции органов и систем, увеличение риска развития хронических заболеваний и т. д.

Однако, что особенно интересно в эпигенетической теории старения, так это то, что эти процессы потенциально обратимы. Исследования показывают, что изменение образа жизни, диеты или воздействие определенных веществ могут"сбросить"эпигенетические часы и вернуть клетки к более молодому состоянию.

Таким образом, эпигенетическая теория старения открывает новые перспективы для разработки методов предотвращения и лечения старения. Она предлагает возможность не просто замедлить процесс старения, но и в некоторой степени обратить его, что делает эту теорию особенно привлекательной для исследователей.

Более подробно о генетике и эпигенетике, о том, что такое эпигенетические маркеры и как можно теоретически обратить вспять эпигенетический возраст мы поговорим уже совсем скоро. А пока нельзя не упомянуть еще об одной интересной теории, которую нельзя причислить к чисто первой (классические теории износа) или второй (теории запрограммированного старения) группе теорий старения, потому что она фокусируется больше не на конкретных механизмах, а больше на фундаментальных и эволюционных причинах старения организмов.

Теория одноразовой сомы

Теория одноразовой сомы предполагает, что организм распределяет свои ресурсы между поддержанием и ремонтом своей сомы (тела), с одной стороны, и развитием и повышением репродуктивных способностей, с другой. Это происходит из-за ограниченности ресурсов и необходимости некоего компромисса в деле нахождения оптимального способа их использования.

В соответствии с теорией одноразовой сомы, виды и популяции, имеющие мало внешних угроз и низкую скорость размножения, должны намного больше инвестировать в свою защиту и ремонт своего организма (и как следствие их продолжительность жизни будет выше), нежели виды с короткой продолжительностью жизни и быстрым размножением.

Большинство исследований подтверждают эту теорию, показывая, что количество и активность хищников влияют на стратегию выживания популяции. Некоторые виды животных, такие как киты и акулы, смогли адаптироваться к условиям окружающей среды, став настолько крупными, что их размер отпугивает потенциальных хищников. Другие виды, например летучие мыши, приспособились к ночной активности и укрытию в пещерах. Эти особенности позволили им обеспечить себе продолжительность жизни, не омраченную постоянной тревогой о возможном нападении.

Исследования гуппи показывают, что продолжительность их жизни эволюционирует в ответ на изменения в смертности. Гуппи, живущие в условиях высокой смертности, меньше по размеру, растут быстрее, размножаются раньше и тратят больше ресурсов на размножение, чем те, кто живет в условиях низкой смертности.

Такое же предположение можно выдвинуть в отношении птиц и летучих мышей. За счет возможности летать и жить на деревьях или в скалах, у них уменьшается количество внешних угроз, и поэтому их продолжительность жизни зачастую выше, чем у наземных животных такого же размера. Обычные наземные мыши же обильно размножаются и достигают половой зрелости в возрасте всего пары месяцев. Они подвергаются нападению со стороны множества хищников, так что им выгоднее отдавать внутренние ресурсы на быстрое размножение, а не на борьбу со старением организма.

Проводились также исследования на двух группах виргинских опоссумов. Одна группа опоссумов, обнаруженная на острове, живет без природных наземных хищников, в то время как другая группа, обитающая на материке, сталкивается с пумами, лисами и рысями. Исследование показало, что островные опоссумы производят меньше потомства, чем материковые, и в большинстве случаев доживают до второго сезона размножения, получая еще один шанс на размножение^[24]. При этом островные опоссумы меньше по размеру, их средний срок жизни на 25 % выше, а максимальный — на 50 % больше, чем у материковых.

Человек, как вид, также развил уникальные способы приспособления. Мы создали себе уютные жилища, научились защищаться от природных бедствий, разработали методы добычи и хранения пищи, изобрели способы лечения болезней, которые раньше угрожали нашему выживанию в раннем возрасте.

Создав безопасную среду, человечество смогло снизить давление на выживание до репродуктивного возраста. В свою очередь, это привело к смещению фокуса на продление жизни. В развитых странах мы наблюдаем тенденцию к отложению репродукции: многие люди теперь решают заводить семью и детей ближе к 30 годам, а не в 18. Если эта тенденция сохранится, то можно предположить, что через 20–30 поколений процесс старения будет еще больше отложен, а продолжительность жизни увеличится (хотя, скорее всего, заметную роль в этом все таки сыграют достижения науки и медицины).

Эволюционная теория

А теперь, хотите почувствовать всю никчемность вашей жизни и существования, а может быть, и наоборот, заложенную в вас эволюцией вселенскую миссию?

Конец ознакомительного фрагмента.

Примечания

13

Каким образом обновляется генетический материал и как обеспечивается то, что наши дети появляются с немного измененным генетическим кодом? На стыке поколений при генерации гомет, существует специально заложенные туда процессы перемешивания генетического материал. Причем это перемешивание несколько уровневое.

Если диплоидное (два пола), то два пола сбрасываются своими генами в новый организм. Таким образом существует комбинаторика сбрасываемых в новый организм генов. Так, например, у одной пары родителей может быть более 50 триллионов разных генетических вариантов сочетаний хромосом.

Другой уровень — внутри наших самих хромосом в процессе кроссинговера (в ходе мейоза) происходит перемешивание генов. Кроссинговер — это процесс обмена генетическим материалом между хромосомами во время мейоза, который ведет к созданию новых комбинаций генов.

Во время этой стадии, соответствующие (гомологичные) хромосомы выстраиваются рядом друг с другом. Затем, в определенных точках эти хромосомы"ломаются"и обмениваются отрезками. Это приводит к тому, что каждая из хромосом получает некоторые гены от своего"партнера".

За счет кроссинговера каждая из образующихся сексуальных клеток (гамет) становится уникальной и отличается от родительских клеток. Это способствует генетическому разнообразию и является одной из ключевых движущих сил эволюции.

То есть несколько уровней и видов перемешивания генов, чтобы следующее поколение немного отличалось от предыдущего.

И уже в нем (в этом новом поколении) выживают именно те виды, которые наиболее приспособлены к текущей ситуации и окружающей среде в данный момент.

14

Если бы мы жили бесконечно, окружающая среда изменилась бы быстрее, чем мы смогли бы адаптироваться к новым условиям, и наш вид мог бы вымереть. Поэтому лохматые мамонты, например, скорее всего, просто не успели измениться при смене своих поколений, так как процесс изменения окружающей среды (потепление) происходил быстрее, чем они смогли измениться. В результате они вымерли. Они со своим толстым мехом оказались не приспособлены к более теплому климату. В этом смысле, мы запрограммированы на старение и смерть, чтобы обновлять наш вид в процессе эволюции. В целом, звучит достаточно логично. Хотя конечно есть к чему придраться (об этом чуть позже).

15

https://www.mpi-cbg.de/news-outreach/news-media/article/benefits-of-zombie-cells-senescent-cells-aid-regeneration-in-salamanders

16

Причем голые землекопы, может быть, живут и более 30 лет, просто масштабные исследования учеными этих грызунов начались относительно недавно.

17

Более подробно про голых землекопов: https://www.techinsider.ru/science/235670-golyy-zemlekop-zhivotnoe-kotoroe-ne-stareet/

18

https://nplus1.ru/news/2021/11/17/rockfish-longevity

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg5332

19

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%84%D1%83%D1%81%D0%B0%D0%B8%D0%BB_(%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BE)

20

https://ourworldindata.org/life-expectancy

21

Клетки в разных органах тела обновляются с разной частотой. В некоторых органах, таких как кожа и кишечник, клетки обновляются очень быстро. Например, клетки кожи обновляются примерно каждые 2–4 недели, а клетки кишечника — каждые 2–5 дней. В других органах обновление клеток происходит медленнее. Например, клетки печени обновляются примерно каждые 150–500 дней Клетки сердца, нервной системы и мозга имеют ограниченную способность к самообновлению, и обновление клеток в этих органах происходит гораздо медленнее. В целом, скорость обновления клеток зависит от типа органа и его функций. Однако, стоит отметить, что скорость обновления клеток может изменяться в зависимости от различных факторов, таких как возраст, здоровье и воздействие внешних воздействий.

22

https://www.kommersant.ru/doc/5861291

https://www.msu.ru/science/main_themes/uchenye-mgu-vyyavili-raznoobrazie-mekhanizmov-dolgoletiya-u-mlekopitayushchikh.html

23

https://vc.ru/s/1830105-biohaking-na-dostupnom/833391-kogda-geny-igrayut-protiv-nas-paradoks-antagonisticheskogo-pleyotropizma

24

https://genomics.senescence.info/species/entry.php?species=Didelphis_virginiana