«Почему мы умираем: Передовая наука о старении и поиск бессмертия»
Как почвенные нематоды замедляют старение
В большинстве стран мира растет доля пожилых — согласно прогнозу ВОЗ, к 2080 году людей в возрасте 65 лет станет больше, чем детей до 18 лет. За последнее время мы многое узнали о глубинных механизмах старения. Но смогут ли люди когда-нибудь жить в несколько раз дольше, чем сейчас? В книге «Почему мы умираем: Передовая наука о старении и поиск бессмертия» («Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Николаем Мезиным, биохимик, лауреат Нобелевской премии по химии за 2009 год Венки Рамакришнан рассказывает о наиболее перспективных подходах к изучению старения. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом о почвенной нематоде Caenorhabditis elegans, которая помогла выяснить, что гены связаны с продолжительностью жизни.
Уроки скромного червяка
Каждый из нас знает семьи, в которых есть долгожители. Но насколько долголетие зависит от генов? В исследовании1, в котором приняли участие 2700 датских близнецов, было показано, что наследуемость продолжительности жизни человека (количественный показатель, отражающий, насколько различия в генах определяют разницу в продолжительности жизни) составляет всего около 25 процентов. Более того, считалось, что эти генетические факторы обусловлены суммой незначительных эффектов, заданных множеством разных генов, и, таким образом, их трудно отследить на уровне отдельного гена. К моменту проведения датского исследования (1996) один скромный червячок уже помог опровергнуть эту гипотезу.
1. A. M. Herskind et al., «The Heritability of Human Longevity: A Population-Based Study of 2,872 Danish Twin Pairs Born 1870–1900,» Human Genetics 97, no. 3 (March 1996): 319–23, https://doi.org/10.1007/BF02185763.
Этим червячком была почвенная нематода Caenorhabditis elegans, которая стала любимым объектом исследования у современных биологов с легкой руки Сиднея Бреннера, выдающегося ученого и человека, славящегося своим язвительным остроумием. Сидней родился и получил начальное образование в Южной Африке, но бо́льшую часть созидательной жизни провел в английском Кембридже, а затем основал лаборатории по всему миру, от Калифорнии до Сингапура, дав некоторым коллегам повод шутить, что над империей Бреннера никогда не заходит солнце. Впервые известность ему принесло открытие мРНК. В основном же Бреннер в тесном сотрудничестве с Фрэнсисом Криком занимался2 изучением природы генетического кода и механизма его считывания при синтезе белков. Как только коллеги решили, что разобрались с этой фундаментальной проблемой, Бреннер заинтересовался процессами развития сложного организма из единственной клетки, а также работой мозга и нервной системы.
2. Их взгляды и планы кратко представлены в статье Фрэнсиса Крика и Сиднея Бреннера 1971 года: F. H. C. Crick and S. Brenner, Report to the Medical Research Council: On the Work of the Division of Molecular Genetics, Now the Division of Cell Biology, from 1961–1971 (Cambridge, UK: MRC Laboratory of Molecular Biology, November 1971), https://profiles.nlm.nih.gov/spotlight/ sc/catalog/nlm: nlmuid-101584582X71-doc.
Бреннер обнаружил, что червь C. elegans — идеальный организм для изучения, потому что его легко выращивать, у него относительно короткий жизненный цикл и он прозрачен, так что можно увидеть все клетки, из которых состоит организм этого червя. В лаборатории молекулярной биологии Центра медицинских исследований в Кембридже Бреннер подготовил немало специалистов и создал всемирное сообщество ученых, изучающих на примере C. elegans все что угодно — от развития организма до поведения. Среди его коллег был и Джон Салстон, о котором я уже рассказывал в главе 5. Одним из наиболее значительных проектов Салстона стало тщательное отслеживание развития каждой из приблизительно 900 клеток взрослой нематоды начиная с единственной исходной клетки, что привело к неожиданному открытию: оказалось, что некоторые клетки запрограммированы умереть на определенном этапе своего развития. Ученые продолжили эти исследования, намереваясь установить3 гены, которые отдают приказ таким клеткам совершить самоубийство в нужный момент, чтобы организм смог продолжить правильно развиваться.
3. За эту работу Бреннер в 2002 году был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине вместе с двумя бывшими коллегами, Джоном Салстоном и Робертом Горвицем. «The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002,» Nobel Prize online, визит 22 июля 2023 года, https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2002/summary/.
Для животного, состоящего всего из 900 клеток, эти черви — поразительно сложные существа. У них имеются некоторые органы, присущие более крупным животным, только проще устроенные: рот, кишечник, мускулы и мозг с нервной системой. Они не обладают ни кровеносной, ни дыхательной системой. И хотя они едва заметны—всего около миллиметра в длину,— в микроскоп легко увидеть, как они извиваются. Эти нематоды — гермафродиты и производят как сперматозоиды, так и яйцеклетки, но при определенных условиях способны и к бесполому размножению. В норме они социальны, но ученые обнаружили мутации, которые могут сделать их асоциальными. Пищей им служат бактерии, и точно так же, как бактерий, ученые культивируют нематод в чашках Петри. Культуру этих червей можно на любой срок заморозить жидким азотом в пробирке и, когда понадобится, оживить, просто дав им оттаять.