Многие клетки в организме взрослого человека вообще не делятся, и, следовательно, длина теломерных последовательностей их хромосом не уменьшается. Им не нужна теломераза, поскольку теломеры не исчезают. Головной мозг, сердце, основные артерии и скелетные мышцы в основном состоят из специализированных клеток, которые не делятся и редко заменяются новыми. В головном мозге столетнего человека есть нервные клетки (нейроны), возраст которых составляет 100 лет. Мы еще не до конца представляем себе все механизмы работы мозга, но мы точно знаем, что он использует широкую сеть нервных связей, формирующихся на протяжении всей нашей жизни. Мы начинаем жить, имея около 100 млрд нейронов, между которыми за всю жизнь формируется около 200 миллионов миллионов связей. Невозможно представить, как вся эта фантастическая сеть может воспроизводиться путем замены старых нейронов новыми, которые должны повторять точные пространственные связи отмерших клеток. Если эти связи организуются как-то иначе, изменится наше сознание и наши воспоминания. Считается, что в мозге некоторых певчих птиц, которые каждый год поют новую песню, происходит замена некоторых нейронов; что-то похожее происходило бы и с нами. Возможно, мы смогли бы жить вечно, но, чтобы осознать это, мы должны были бы оставлять записи. Таким образом, структура человеческого тела не предназначена для вечной жизни, если только мы не найдем способа замены изношенных нейронов, но пока это относится к области научной фантастики.
Теломераза активна в тех клетках, которые должны делиться регулярно, в частности в стволовых клетках и в клетках, производящих сперматозоиды. С помощью этого фермента такие клетки решают проблему укорочения теломерных последовательностей. Даже циркулирующие иммунные клетки, которые в покое не производят теломеразу, начинают ее производить при пролиферации под действием бактерий. Другими словами, если иммунным клеткам предстоит несколько циклов деления, они получают необходимые теломеры. Некоторые типы эпителиальных клеток, такие как клетки почек и печени, а также фибробласты тоже делятся только при определенных обстоятельствах. В этих клетках нет теломеразы, и их продолжительность жизни, по-видимому, ограничена пределом Хейфлика, но мы не знаем, достигается ли он когда-нибудь. Фибробласты пожилых доноров обычно способны делиться еще 20 или 50 раз до появления признаков старения и отмирания. Понятно, что в организме они никогда не достигают своего репликативного предела. Так что теломеразы у них нет по той причине, что она им не нужна.
Есть и другие данные, подтверждающие общую теорию. Между длиной теломерных последовательностей и продолжительностью жизни разных видов организмов наблюдается весьма слабая корреляция. Мышиные теломеры длиннее человеческих, хотя человек живет в 25 раз дольше мыши. А теломеры разных видов мышей с одинаковой продолжительностью жизни сильно различаются по длине. Интересно, что «нокаутные» мыши, не имеющие гена теломеразы, имеют обычную продолжительность жизни вплоть до третьего поколения, когда они начинают проявлять признаки быстрого старения. Смысл этого наблюдения пока неясен. Наконец, количество клеточных делений, необходимых для формирования тела, не влияет на последующую скорость старения. Чтобы получился слон, клетки слона делятся гораздо большее число раз, чем клетки мыши, чтобы получилась мышь, однако слон живет намного дольше мыши. Короче говоря, приходится признать, что, несмотря на весь ажиотаж, теломераза не откроет нам секрет вечной жизни. Действительно, без этого фермента бесконечная репликация клеток эукариот невозможна из-за особенностей механизма репликации ДНК. Теломераза облегчает деление клеток, как выключатель облегчает освещение комнаты; она оказывает техническую помощь. Но как выключатель не является источником света, так и теломераза не является источником вечной жизни. Почему же теломераза неактивна в эпителиальных клетках? Некоторые считают, что наличие предела числа делений может защищать от рака, но, по-видимому, дело не в этом. Предел Хейфлика очень высок. Представьте себе, что правительство Китая ограничивает рождаемость, не разрешая родителям иметь больше 70 детей. Предел Хейфлика не может предотвратить рак. Наиболее вероятная причина заключается в том, что, как большинство генов в большинстве клеток тела, ген теломеразы отключен по той причине, что в нем нет нужды.
Почему же удается превратить нормальные клетки в бессмертные просто путем введения гена теломеразы? И какое отношение ко всему этому имеют митохондрии? Я стал понимать кое-что несколько лет назад, когда занялся выращиванием культуры клеток почечных канальцев и неделями пропадал в лаборатории. Я взял несколько уроков у людей, работавших с другими типами клеток, и пытался применить их методы для решения моей задачи. Каждый раз мои чашки зарастали паукообразными клетками, которые я принимал за фибропласты, которые очень хорошо живут в культуре, и даже их небольшая примесь может победить любую другую культуру. Я выбрасывал чашки и начинал эксперимент заново, используя более подходящую технологию. Но каждый раз повторялось одно и то же. В конце концов я отправился к специалисту по фибробластам, который посмотрел на мои чашки и рассмеялся: «Это не фибробласты! Я не знаю, что это, возможно, ваши клетки почек, но это не фибробласты!»
Я был потрясен. Я часами разглядывал срезы почек под микроскопом и знал, как они выглядят: густая щеточная кайма, обеспечивающая большую площадь поверхности для всасывания растворенных веществ, и тысячи митохондрий, выстроенных по подобию римских легионеров. Мои же клетки не имели каймы и почти не имели митохондрий. Делать было нечего, и я вернулся к учебникам и статьям. И вновь неожиданность: мои грустные клетки были не чем иным, как клетками почек — именно так они выглядят в клеточной культуре! Я планировал эксперимент, чтобы проверить чувствительность клеток почек к кислороду и возможность их защиты с помощью антиоксидантов. Но когда я прочел небольшую статью, то понял, что клетки почек в культуре вообще не нуждаются в кислороде, они прекрасно существуют за счет анаэробного дыхания. Единственный способ заставить их дышать кислородом — убрать из питательной среды глюкозу и застать их в момент роста, пока они не заняли всю поверхность чашки. Наказанный, но слегка поумневший, я оставил свои эксперименты, поскольку они не отражали реальной ситуации.
Эта история весьма характерна для клеток в культуре: им не нужно много энергии, поэтому им не нужно много митохондрий. На самом деле, это справедливо не только для клеток в культуре, но и вообще для всех клеток с невысокими энергетическими затратами. Удивительно, но к их числу относятся и активно делящиеся клетки, например стволовые или опухолевые: они расходуют значительно меньше энергии, чем клетки, выполняющие специализированную метаболическую функцию. К примеру, клетки мозга, которые составляют лишь 2% массы тела, расходуют 20% всего потребляемого организмом кислорода. Если мозг не снабжается кислородом всего несколько минут, человек теряет сознание. Нейроны не делятся, а вспомогательные глиальные клетки мозга делятся редко, так что весь кислород нужен мозгу для выполнения рутинной метаболической функции. Другие ткани с активным метаболизмом тоже потребляют много кислорода. В каждой клетке печени, почек или сердечной мышцы содержится около 2000 митохондрий, так что в этих клетках практически невозможно разглядеть цитоплазму. Напротив, стволовые клетки, функция которых заключается в пополнении клеточных популяций, например клеток кожи, имеют удивительно мало митохондрий. Аналогичным образом, клетки иммунной системы, такие как лимфоциты, которые после активации тоже начинают активно делиться, практически лишены митохондрий.
