Другими словами, теломеры — это своеобразные часы, которые отсчитывают время до того момента, когда клетка замрет и, в худшем случае, превратится в зомби. В 2009 году Элизабет Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак получили Нобелевскую премию за открытие функции теломер и энзима теломеразы. С тех пор наука, изучающая старение, пристально рассматривает эти маленькие «наконечники шнурков». Все очень логично: теломеры отсчитывают время и в конце концов прекращают жизнь клетки. Совершенные биологические часы. В то же время мы получаем потенциальное решение проблемы старения: нужно всего лишь увеличить длину теломер.
Некоторым ученым удалось вывести мышей с атипично длинными теломерами. Эти мыши худее обычных, у них более здоровый обмен веществ, они медленнее стареют и живут намного дольше. Многие исследования утверждают, что у человека эффект может быть таким же: ранняя смерть напрямую связана с короткими теломерами. В датском исследовании с участием 65 000 человек было доказано, что чем короче теломеры, тем выше смертность, а также риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, болезни Альцгеймера и диабета.
Именно поэтому Лиз Пэрриш так старалась удлинить свои теломеры.
* * *
Как всегда в биологии, не обошлось без «но»: вспомните, о чем мы говорили раньше. Все клетки нашего тела содержат всю ДНК полностью. Теломераза есть во всех генах: все гены могут ее произвести, если захотят. Почему же они так редко это делают? Если для того, чтобы жить дольше, нужно всего лишь включить теломеразу, почему мы этого не делаем?
Наши клетки удерживают теломеразу из-за довольно неприятной сделки. Теломераза способна помочь нашим клеткам жить дольше, но это не всегда в наших интересах, ведь у нас есть заклятый враг — рак. Если искусственно ввести в клетку теломеразу, она станет бессмертной. А ведь именно это признак раковой клетки. И тот, кто благодаря длинным теломерам проживет долгую жизнь, может заплатить за это повышенным риском возникновения онкологического заболевания.
На самом деле будет еще хуже. Взаимосвязь между сокращением длины теломер и старением не настолько прямолинейна, как принято считать. Исследования теломер в основном проводились на мышах. В обычной ситуации это приемлемый компромисс, но в случае с теломерами он недопустим. Биология теломер у мышей совершенно иная, чем у людей: у мышей теломераза активна во всех клетках и теломеры у них длиннее, чем у нас, от рождения. И всё же они умирают очень рано.
Таким образом, мы оказываемся в весьма затруднительном положении. Если исследования окажутся успешными, у нас в руках окажется способ продления жизни. Но в нем не будет никакого смысла, если при этом возрастет риск заболеть раком. К тому же связь между длиной теломер и старением недостаточно значительна для того, чтобы считать их биологическими часами.
Теломеры в космосе
Если мы наловчимся запускать миссии на Марс, нам нужно будет проводить в космосе достаточно долгое время. Пока мы слишком мало знаем о том, как отреагирует на это человеческое тело.
В 2016 году американский астронавт Скотт Келли вернулся на Землю после самого продолжительного для американцев пребывания на Международной космической станции. На Земле его встречал брат-близнец, тоже астронавт, Марк Келли. NASA обследовала обоих близнецов до, во время и после полета, чтобы понять, какие последствия для физиологии человека может иметь такое продолжительное пребывание в космосе. Во время полета тело Скотта подвергалось изменениям, а тело оставшегося на Земле Марка — нет. Однако большинство этих изменений прошли после возвращения на Землю.
Ко всеобщему удивлению, выяснилось, что теломеры клеток Скотта Келли удлинились за время пребывания в космосе. Но после возвращения они очень быстро укоротились и стали короче, чем до полета.
Может быть, фонтан молодости — космический билет в один конец?
В 2013 году американец Стив Хорват опубликовал информацию об эпигенетических часах, которые решают как проблему времени ожидания результатов, так и длины теломер. На данный момент это самые точные известные нам биологические часы. С помощью часов Хорвата можно, например, предсказать, кто из близнецов умрет первым. У близнеца с более высоким биологическим возрастом по часам Хорвата выше риск умереть первым. И чем больше разница в биологическом возрасте между близнецами, тем выше этот риск.
Часы Хорвата работают настолько хорошо, что их можно применять даже для шимпанзе — наших ближайших родственников в мире животных. Механизм работы этих часов сложноват.
Во всех наших клетках (за исключением эритроцитов) содержится вся наша ДНК. Это значит, что «рецепт» производства человека содержится во всех клетках. Но клеткам он не нужен: они специализируются на одной или нескольких отдельных функциях. Например, клетки мышц используют только те гены, которые отвечают за создание мышц, оставляя без внимания гены, помогающие выращивать рецепторы вкуса на языке. Клетка не всегда использует все гены, которые ей нужны, некоторые из них она подключает к работе лишь в определенные моменты жизни или в определенных ситуациях.
Именно поэтому клетке необходима специальная система управления, позволяющая включать определенные нужные ей гены и выключать ненужные. Эта система называется эпигенетикой. «Эпи» означает «над», то есть это что-то, что стоит над генетикой. В действительности происходит химическое изменение ДНК. Можете себе представить, что к гену прикрепляется несколько меток: «включить», «включить быстро», «выключить мгновенно», «выключить постепенно» и т. д.
Одна из важнейших эпигенетических меток — метилирование ДНК, именно она наиболее важна для человека. При метилировании ген подавляется: чем больше метилирования присутствует в определенной зоне гена (она называется промоторной), тем выше вероятность его выключения.
Новые биологические часы, разработанные Стивом Хорватом, основываются именно на метилировании и называются эпигенетическими часами.
Ученым давно известно, что в процессе старения в клетках происходят эпигенетические изменения.
Этот процесс идет во время нашего взросления, ведь клетки развиваются из маленькой однородной зиготы в сотни клеток разного типа, из которых состоит взрослый организм. Клетки используют для развития разные гены, они постоянно включают и выключают их, когда им это необходимо. Оказывается, этот процесс не останавливается даже тогда, когда мы вырастаем.
Сначала ученые объясняли этот факт тем, что клетки постепенно, с возрастом, теряют контроль над своими эпигенетическими процессами. Нечто подобное мы видим и на других участках тела. Но Хорват доказал, что некоторые изменения, вызванные метилированием, происходят не случайно. Они следуют определенной схеме, и по этой схеме можно предсказать, сколько проживет человек.
Хорват обнаружил несколько сотен зон в наших генах, где по количеству метилирования можно — после статистических расчетов — определить биологический возраст человека. С тех пор ученые разработали более точные формы эпигенетических часов Хорвата, включающие в расчеты новые зоны метилирования и другую биологическую информацию, например результаты анализов крови.
