Существует сентиментальное клише: «Рождение ребенка – это чудо». Но мы не знаем, насколько это на самом деле биологически верно. Судите сами. Природа производит один или несколько молодых организмов из двух взрослых организмов. Пожалуйста, попробуйте представить. Женщине было 37 лет, а мужчине 45. Они встретились и получили клетки, убирающие все признаки старения. Затем эта клетка делится, делится и еще раз делится, в результате чего образуется новый организм, состоящий из триллиона клеток. Затем существо находит партнера и производит собственное потомство, если, конечно, у него нет детей. Каждый из нас является продуктом непрерывной цепи делящихся клеток. И все мы восходим к одноклеточным предкам, жившим на Земле более миллиарда лет назад.
Омоложение возможно во время репродуктивного процесса. И кто-то скажет: ох, все дело в сексе! Взрослые особи занимались любовью и получили одноклеточную яйцеклетку и сперму. И тут произошло волшебство. Вас это расстраивает, но секс тут ни при чем. Некоторые организмы размножаются бесконечными копиями, повторяя этот процесс десятки тысяч лет. Например, на Тасмании растет довольно глянцевый кустарник — падуб королевский (Lomatia tasmanica). Высота может достигать 8 метров, но интересен этот кустарник не этим. На самом деле падуб совершенно бесплоден, у него нет семян и плодов. Размножается черенками – и все его потомство генетически полностью идентично оригиналу. Обыкновенная популяция падуба насчитывает всего несколько сотен птиц. Но в то же время предок всех падубов «жил» 43 000 лет назад. Холли занимается клонированием уже 43 000 лет!
Как размножаются звезды
А в штате Мичиган в США растет гриб Наратаке (также называемый Наратаке или японский агарикус). Ученые обнаружили, что все дубовые грибы представляют собой единый организм с одним мицелием. Дубу около 2500 лет, он весит около 400 тонн и покрывает своим мицелием 70 гектаров леса. А в Орегоне обитает еще один гриб — дубовый гриб, черный опят. В 1998 году исследователи определили, что этот грибной мицелий представляет собой не изолированный комок, растущий по всему лесу, а огромную интегрированную форму жизни. Дубу около 8500 лет, и он занимает площадь более 880 гектаров. Ученые даже называют его «грибом-монстром».
Клонировать себя могут не только грибы и растения, но и морские звезды. Если отрезать одну из ног этого иглокожего, из этой ноги выйдет новое существо. Морские звезды размножаются как вегетативно (то есть части отпадают и вырастает взрослый клон), так и половым путем. Да, звезды тоже занимаются сексом, производя генетически отличающееся потомство и ускоряя эволюцию.
К чему я стремлюсь? Более того, в природе омоложение происходит не только посредством секса. Некоторые наземные организмы могут жить очень долго, просто воспроизводя молодые копии самих себя. Те, кто философствует о том, что все умирает, все погибает и что «нельзя противостоять возрастанию энтропии», на самом деле ошибаются.
Как спастись на Титанике
Представьте, что мы айсберг, Титаник, несущийся навстречу гибели. На «Титанике» много пассажиров — это наши клетки. Есть привилегированные камеры – это пассажиры первого класса, у которых под рукой есть спасательная шлюпка. Об этих клетках заботились на протяжении всей жизни, чтобы они хорошо питались и не болели. Что это за клетка? Конечно, это сексуально. Это потому, что эволюция в первую очередь «заботится» о передаче наших генов следующему поколению, а без половых клеток это было бы невозможно. Однако остальные 99% камер не обеспечены спасательными шлюпками. Жаль, что они обречены на смерть, учитывая, что это мы!
Но что, если преимущества, которые эволюция предназначала для привилегированных клеток, могли бы распространиться на весь организм? Открытие и заимствование механизмов для омоложения половых клеток и эмбрионов, создания равенства и своего рода «сообщества» внутри тела? Что произошло бы, если бы мы создали « изм»?
Алексей Оровников и ахиллесова пята копирования ДНК
С какими препятствиями мы можем столкнуться на пути к бесконечному самоомоложению?В 1951 году биологи Леонард Хейфлик и Пол Мурхед обнаружили, что существует предел числу делений, которым может подвергнуться взрослый организм. Ученые поместили клетки в пробирки. Там клетки делились от 40 до 60 раз, но со временем клетки состарились и перестали делиться. Так в науку вошел термин «предел Хейфлика», означающий предел деления соматических клеток, или соматических клеток.
Считается, что это ограничение является одним из механизмов старения. Кроме того, следует отметить, что клетки, используемые для размножения, по-видимому, не поражаются. Возникает вопрос, больше или меньше разделение 40 на 60. Если разделить одну ячейку 50 раз подряд (то есть 2 в 50-й степени), то получится 1126 триллионов ячеек. Такое количество клеток примерно у 30 человек. Ведь всего в организме человека около 37 триллионов клеток. Из одной клетки можно «сделать» 30 человек, но клетки человека постоянно обновляются и делают это очень быстро. Каждый день у человека заменяется 0,25%, или четверть клеток. Оказывается, продолжительность жизни одной клетки может достигать 30 лет. Если прибавить одно деление (что дает 51), то это уже 60 лет жизни. Мы все начинаем с одной клетки. И если бы эта клетка могла делиться только 40 раз, клеток не хватило бы для производства хотя бы одного человека, и мы бы даже не смогли расти. Поэтому наше будущее зависит от того, сколько раз наши клетки смогут делиться.
Еще в 1971 году российский ученый Алексей Оробников обратил внимание на ахиллесову пяту копирования ДНК. Как происходит это копирование: двойная спираль раскручивается на две одиночные нити. Одна половина делает одну копию, а другая половина — вторую. Однако этот процесс нельзя начинать с нуля. Мне нужен учебник, который покажет мне, с чего начать копирование. Он сделан из РНК, а затем удален. В центре хромосомы после удаления РНК дырка заменяется ДНК, но на концах хромосомы этого не происходит. Таким образом, каждый раз, когда ДНК копируется, она укорачивается на длину «потерянного» маленького кусочка.
Бактерии, например, не сталкиваются с этой проблемой. Молекулы их ДНК имеют кольцевую форму, поэтому они могут начать копирование где угодно. Однако линейные хромосомы человека имеют начало и конец. И оказывается, что эти концы медленно укорачиваются по мере деления клеток с возрастом. По мнению Алексея Оровникова, что-то в природе должно восстанавливать концевые части наших хромосом. Ученые полагали, что существует способ снять ограничение на разделение. Это должно помочь в борьбе со старением.
Почему теломераза важна
Одиннадцать лет спустя ученые Элизабет Блэкберн, Джек Шостак и Кэрол Грейдер подтвердили предположения Алексея Оловникова и открыли механизм защиты хромосом теломерами и ферментом теломеразой. Теломераза может достраивать концы хромосом. Исследователи сначала обнаружили этот фермент у некоторых инфузорий, а затем и у людей. Оказывается, теломераза не является недоступным Святым Граалем. Этот фермент присутствует во всех наших клетках, но в некоторых клетках он «спит». Теломераза функционирует в полную силу в стволовых клетках, половых клетках, эмбриональных клетках, эмбриональных клетках и других клетках. И они не укорачивают концы хромосом.
Сегодня в науке общепринято, что теломераза является важным и полезно действующим ферментом. Например, в прошлом были скептики, которые не верили в возможность клонирования. Они считали, что клонирование невозможно, поскольку взрослые клетки уже были старыми и внутри них действовала часть предела Хейфлика, что делало совершенно невозможным создание более молодых копий. Однако оказывается, что во время клонирования в молодом эмбрионе активируется теломераза, в результате чего концы хромосом вырастают до нормального размера, в результате чего на свет появляется Долли, молодая овца. Кстати, теломераза, оказывается, очень хорошо работает у уже упомянутых морских звезд, когда необходимо регенерировать конечности.
Существует и обратная ситуация, когда генетические мутации препятствуют завершению формирования концов хромосом, быстро укорачивая теломеры и вызывая серьезные генетические заболевания. Примером такого заболевания является врожденный дискератоз. У больных этим заболеванием на коже появляются пятна, быстро седеют волосы, часто ломаются ногти... Однако основные повреждения происходят не на поверхности тела, а внутри. В частности, повреждение костного мозга вызывает иммунодефицит, что увеличивает риск возникновения некоторых видов рака в 70 раз и увеличивает риск многих сердечно-сосудистых заболеваний в 500 раз. Люди стареют «ускоренно» и живут гораздо короче, чем другие люди.
В целом, теломеры, теломераза и старение связаны, как это предполагал Алексей Оровников. Кроме того, исследователи обнаружили, что чем быстрее укорачиваются теломеры у разных видов животных, тем короче их средняя продолжительность жизни. Это привело к идее борьбы со старением путем активации теломеразы и роста теломер. Но проблема заключалась в том, что теломераза активна и в раковых клетках, которым необходимо очень активно делиться. Ученые были обеспокоены тем, что рост теломер может привести к увеличению риска развития рака. Поэтому исследователи сначала вывели специальных мышей с тремя дубликатами противораковых генов. Грызуну также были добавлены дополнительные гены теломеразы. Идея заключалась в том, что противораковые механизмы подавляют рак и что теломераза не причиняет особого вреда. В ходе исследования ученым удалось продлить продолжительность жизни мышей на 9–20 процентов по сравнению со средней продолжительностью жизни грызунов, которые просто клонировали противораковый ген. А когда мы сравним совокупный эффект активации теломеразы и удвоения противораковых генов, мы обнаружим, что продолжительность жизни у грызунов увеличивается на целых 40%.
Другая группа ученых просто увеличила теломеры у мышей. Оказывается, потомство грызунов с длинными теломерами живет примерно на 10% дольше, чем их «нормальные» сородичи. И вопреки теоретическому мнению, у таких мышей рак развивается реже, а не чаще.
Вакцина «Спутник» и фактор Яманака
К сожалению, этот «мышиный» метод борьбы со старением не подходит для человека. Как оказалось, мыши, использованные в эксперименте, уже родились с повышенной теломеразой. А с чем мы рождаемся, с тем и живём. Но генная терапия может помочь людям. Это уже было сделано для этой же мыши. Ситуация была следующая.
Обратите внимание: Еще раз о немецких инженерах и их чудо-оружии для авиаторов. Тайны раскрываются. .
Ученые поместили фрагмент ДНК, содержащий ген теломеразы, внутрь оболочки вируса и ввели его взрослым мышам. Это продлило срок службы примерно на 10-20%. И что важно, случаи рака у ГМ-грызунов не увеличились.В 2022 году исследователи разработали аналогичный метод лечения, но на этот раз с использованием «инфекционного» вирусного вектора, способного самовоспроизводиться. Также ген теломеразы. Вирус продлил продолжительность жизни мышей более чем на 40%. В целом, есть две хорошие новости. Во-первых, изучая чудо омоложения, ученые обнаружили, что существуют факторы старения, которые можно «обратить вспять». Во-вторых, этого можно добиться очень дешево. Недавно мы столкнулись с пандемией коронавируса, когда вакцины стали быстро и легко доступны. При этом многие вакцины от коронавируса представляли собой сложные биотехнологические продукты, в вирусную оболочку препарата «втиснуты» гены коронавируса. Здесь история аналогичная. Ген теломеразы должен «прилипнуть» к вирусной оболочке. Я думаю, такая прививка может стоить столько же, сколько вакцина «Спутник».
Второй секрет бессмертия: откат генома к «заводским настройкам
Но есть и плохие новости. Одного удлинения теломер недостаточно для борьбы со старением. Это связано с тем, что укорочение теломер является лишь одним из факторов старения. Давайте поговорим подробнее. У нас есть много типов клеток. Генетически клетки кажутся идентичными, но внутри клеток работают разные гены. Это связано с тем, что к генам можно «пометить» различные белковые и химические метки. Эти эпигенетические метки активируют или выключают определенные гены. Это нормально и очень нужно. Каждый тип клеток выполняет уникальную работу. Некоторые гены в нем работают, а другие «спят».
Как все это предотвращает бессмертие? С возрастом эпигенетические метки могут исчезнуть или образоваться не в тех местах. В одних клетках перестают работать гены, которые должны были в них работать, а в других включаются гены, которые должны были находиться в спячке. Происходит «эпигенетическое старение», и оно настолько выражено, что исследователи научились использовать его для определения биологического возраста человека и в какой-то степени даже прогнозировать продолжительность жизни.Я читаю.
К счастью, эти эпигенетические метки можно сбросить до заводских настроек. Это происходит в несколько волн внутри эмбриона. И мы знаем, как воспроизвести этот процесс в клетках любого типа. За это я должен поблагодарить Шинья Яманаку. Ученому удалось отредактировать и внедрить во взрослые клетки четыре гена, тот самый «фактор Яманаки», заставив клетки «откатиться» к эмбриональному состоянию. Затем новые клетки трансформируются в различные типы клеток, например, в мышцы и нервы. Таким образом, мы можем омолодить организм. Кстати, высказывались опасения по поводу фактора Яманаки. Говорят, что и рак появится. На самом деле получается, что один из факторов Яманаки является онкогеном, но даже если его выбросить, то все равно можно «омолодиться» с помощью оставшихся трех генов».
Давайте омолодим все клетки стареющих организмов!К сожалению, ничего хорошего из этого не выйдет. Тело просто превращается в помолодевшую бесформенную массу клеток. Поскольку необходимы специальные клетки, действие фактора Яманаки необходимо каким-то образом ограничить. Поэтому ученые считают, что стоит периодически включать факторы Яманаки, например, чтобы заставить эти гены функционировать только в присутствии определенных веществ, поступающих в организм раз в 1-2 недели. Таким способом ученым уже удалось частично «омолодить» мышей. Хотя направление пока не очень сильное, но очень перспективное. Недавно основатель Amazon Джефф Безос инвестировал в Altos Labs, компанию, занимающуюся разработкой эпигенетического омоложения в медицинских целях.
Некоторые из наиболее впечатляющих исследований с использованием эпигенетических реверсов были проведены на грызунах. Введение фактора Яманака мышам с глаукомой восстановило их зрение. Возможно, в будущем такие эксперименты станут проще и доступнее. Совсем недавно исследователи даже обратились к использованию избранных небольших молекул для имитации действия фактора Яманаки.
Третий секрет бессмертия: избавьтесь от мусора
В наших клетках скапливается мусор в различных формах: поврежденные митохондрии, неправильно свернутые белки... Как от него избавиться?Помогает аутофагия, или удаление ненужных, вредных компонентов, или способность клетки переваривать сломанные компоненты. Это делается с помощью аутофагосом, которые представляют собой сферические структуры с двухслойными мембранами. Аутофагосомы функционируют следующим образом. Один мембранный везикула улавливает мусор. Второй содержит ферменты, растворяющие мусор (например, чистящие средства). Два пузыря слипаются, и начинается пищеварение. В этом случае должен активироваться второй пузырь — лизосома. Он закачивает в него протоны, закисляя внутреннюю среду. Тогда вы готовы растворить мусор. Как показал эксперимент с аскаридами, когда сперматозоид и яйцеклетка встречаются, весь процесс начинает работать в полную силу. Второй пузырь закачивается кислотой, а первый активно атакует мусор.
Такая очистка активно расходует АТФ – энергетический «бензин» клеток. Клетка не всегда может быть смещена с такой силой. Однако развивающийся эмбрион начинает процесс весенней очистки, чтобы удалить весь мусор, накопившийся за его жизнь. Слияние сперматозоида и яйцеклетки – очень важный момент. Жизнь потомства зависит от одной клетки. Таким образом, точно так же, как вы вызываете дорогостоящую услугу по уборке вашей квартиры, прежде чем переехать в качестве арендатора, вам необходимо убедиться, что она находится в идеальном состоянии.
Внутри нашего тела также есть «робот-пылесос». Это протеасома — огромный комплекс, который плавает внутри клетки и разрезает белки на мелкие кусочки. Он похож на измельчитель, который перерабатывает нежелательные белки. Исследования показали, что не только в эмбриональных клетках, но и в клетках, искусственно омоложенных с помощью фактора Яманака, эти протеасомы достигают максимальной мощности и «сокращают» максимальное количество ненужного белка.
Каковы риски при повреждении митохондрий
Обычные белковые отходы в нашем организме не так опасны, как неисправные митохондрии — органы дыхания с собственной ДНК. Когда клетка делится, она наследует лишь часть мусора, плавающего вокруг. То есть каждый потомок будет «красивее». Однако митохондрии могут делиться, даже повреждённые. Таким образом, вы получаете распространение сломанных механизмов.
Поддержание качества митохондрий особенно важно во время размножения. Они передаются преимущественно по материнской линии от матери к ребенку. Митохондриальные заболевания могут иметь серьезные последствия. К счастью, это случается редко, поскольку механизмы удаления плохих митохондрий очень эффективны. Ученые проводили эксперименты на мышах – они уничтожали митохондрии. Оказывается, всего через несколько поколений неисправность ушла!
Как работает процесс удаления плохих митохондрий?На самом деле женский организм производит огромное количество предшественников яйцеклеток, намного превышающее необходимое. Однако большинство из них не становятся настоящими яйцами и погибают вследствие запрограммированной смерти. Кроме того, эта смерть вызвана плохими митохондриями. В результате самые здоровые клетки-предшественники имеют больше шансов развиться в полноценные яйцеклетки. А дефектные яйцеклетки с поврежденными митохондриями никогда не разовьются в клетки, которые можно будет оплодотворить.
К сожалению, от этой клеточной «евгеники» мало что можно получить, поскольку мы не знаем, как отбирать хорошие митохондрии в нерепродуктивных клетках. Но есть еще один процесс, который удаляет плохие митохондрии из наших взрослых клеток, — митофагия, и он работает очень интересным образом.
-
Задача митохондрий – дыхание. При этом внутри них развивается отрицательный потенциал, а вне них – положительный. Однако если митохондрии не функционируют должным образом, этой потенциальной разницы не существует;
-
Есть такой белок - PINK1. Обычно он прикрепляется к митохондриям, но ненадолго. «Заряженные митохондрии» перерабатывают его и «высвобождают». Однако если этого не происходит, PINK1 накапливается на поверхности;
-
Белок под названием «ПАРКИН» прикрепляется к PINK1»;
-
Если «ПАРКИН» прикреплен к митохондриям, клетка знает, что митохондрии плохие и их необходимо переварить;
-
Когда белки PINK1 или PARKIN подвергаются мутациям, PARKIN не функционирует должным образом, и в клетках накапливаются плохие митохондрии, что может привести к раннему началу болезни Паркинсона. Если будет найдено лечение болезни Паркинсона, возможно, его можно будет назначать здоровым людям, чтобы улучшить очищение плохих митохондрий и продлить продолжительность жизни. Да, одной из причин болезни Паркинсона является разрушение митохондрий в нейронах головного мозга.
Мы перечислили различные шаги по очистке, ремонту и обновлению вашей клетки, чтобы достичь «чуда бессмертия». Предположим, мы увеличили теломеры, обнулили эпигенетические маркеры, удалили клеточный мусор, почистили митохондрии... Но перед нами стоит еще одна миссия - устранить мутации, то есть победить их. Если мутация уже произошла, она будет воспроизводиться во время деления клеток. Именно из-за этих ошибок ДНК возникает рак и другие неприятные явления. Репарация ДНК существует. И, конечно же, лучше всего он работает в репродуктивных клетках.
Существует ген под названием ATM, который обнаруживает и сообщает о повреждении ДНК. В результате активируются ферменты, восстанавливающие ДНК. Альтернативно, клетки с мутациями просто уничтожаются. Эксперименты с круглыми червями показали, что АТМ более активен в клетках зародышевой линии, т е половых клетках и клетках-предшественниках. Продолжительность жизни C elegans составляет около двух недель, поэтому внезапное появление мутации, которая может привести к раку, не так уж и страшно. В любом случае, смерть скоро придет. Но зародышевые клетки очень важны. В конце концов, нематодам не нужно нежизнеспособное потомство, которое не передает свои гены дальше.
Мы не насекомые. А в нашей стране банкоматы активно работают не только с половыми клетками. Однако с возрастом активность банкоматов снижается. У людей также есть синдром Луи-Барра — генетическое заболевание, при котором этот белок полностью отключен.
Я не знаю, есть ли у банкоматов секрет омоложения. Но проблема в том, что механизмы репарации ДНК работают по-разному в разных типах клеток. И теоретически мы могли бы разработать генную инженерию, которая поможет восстанавливать ДНК как в нормальных клетках, так и в репродуктивных клетках. Тогда наши органы прослужат гораздо дольше.
Отнимем привилегии пассажиров первого класса! Несём молодость в рабочие клетки!
Рекомендации ↗
[my]Научная поп-музыкаНаучные исследованияЭволюционная биологияГенетикаАлександр ПанчинУченыйНаукаПроДНКСтарениеОмоложениеБессмертиеВидеоYouTubeДлинные посты 20Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Невероятное чудо бессмертия: тайны эмбрионов.