Трудно переоценить значение стволовых клеток. Они представляют собой материал для строительства всего организма. Главное их отличие - то что они недифференцированы, по сравнению с остальными клетками. Именно это делает их уникальными, так-как клеточная дифференцировка один из самых важных биологических процессов.
Дифференцировка - это различие в строении и функциях клеток. Клетки разных органов отличаются друг от друга. Процесс дифференцировки регулируется генами. В каждой нашей клетке одинаковый набор генов. На самых ранних стадиях развития зародыша клетки примерно одинаковые, но во взрослом организме, к примеру, клетки мозга отличаются от клеток печени. Это происходит потому, что у зародыша гены в значительной степени существуют в неактивном состоянии, а во взрослом организме они активизированы. Причём, в разных видах клеток, будь то мозговые или печёночные, активированы разные группы генов. Отсюда различие в строении и функциях.
В ходе дифференцировки происходит увеличение процентного содержания активных генов. Каждая эукариотическая клетка имеет степень дифференцировки, отличающуяся от степени дифференцировки её предшественницы, от которой она произошла в результате митоза. У неё активизировано больше генов. Сначала это увеличение обуславливает рост и развитие. Когда организм достигает взрослого состояния, соотношение активных и неактивных генов достигает некоего идеала. А что же потом? После зрелого возраста наступает старость. Связано ли это как-то с изменением соотношения вышеназванных генов?
Мы подошли к одному из главных вопросов естествознания. Процент активных генов определяет всю работу генома. Если исходить из того, что генетический аппарат начинает свою деятельность на стадии зиготы, когда органы и ткани ещё не сформированы, то очевидно, что он является главной причиной всех процессов в организме. Всё что есть в организме не случайного, а закономерного, определяется главной причиной, то есть ДНК. А что касается старения, то этот процесс отнюдь не случайный, а закономерный. Следовательно, должна существовать генетическая программа старения. Эта программа должна активироваться не сразу, а постепенно, так-как в реальной жизни старение проявляет себя тоже не сразу, а постепенно. Ориентирами, свидетельствующими о функционировании такой программы стали бы изменения в деятельности ДНК, возникающие в строгом соответствии с биологическим возрастом. Каковы же эти изменения?
К счастью для нас, выбор ограничен. Генные мутации можно сразу отбросить. Они тоже случайны. Остаётся одно. Возрастание количества активных генов по отношению к общему числу генов в ДНК, то есть клеточная дифференцировка. Кроме этого, нет никаких других биологических часов, определяющих продолжительность жизни.
Итак, что мы имеем. С одной стороны генетическая программа дифференцировки, развёртывания генной активности, с другой - последовательное прохождение стадий индивидуального развития от детства к старости, то, что в науке называется онтогенезом. Первое определяет второе. Но если онтогенез не заканчивается в зрелом возрасте, то можно предположить, что уровень дифференцировки не заканчивается оптимальным соотношением активных и неактивных генов, которое характерно для зрелого возраста. Неизбежно должно возникнуть то, что можно назвать избыточной дифференцировкой.
Как можно охарактеризовать это явление? Если дифференцировка означает клеточную функциональную специализацию, то очевидно, что дальнейшее, сверх меры увеличение процентного содержания активированных генов ведёт к генетическому функциональному хаосу. Деятельность активных генов будет нескоординированной, ведь невозможно же, чтобы одна и та же клетка проявляла себя одновременно, как эпителиальная, нервная и желудочная. Выполнение основных биологических функций затруднится, потому что они будут мешать друг другу. Клетки постепенно потеряют способность делится. Именно такая функциональная картина и происходит в реальности. Известно, что число последовательных клеточных делений в течение жизни ограничено (предел Хейфлика). Чем больше клетка дифференцирована, тем меньше она делится. К примеру, стволовые клетки делятся хорошо, потому что, они малодифференцированы. В противоположность им, очень дифференцированные, высокоспециализированные клетки, такие например, как нервные, вообще не делятся, не размножаются, или же размножаются очень мало. Когда деление становится невозможным, утрачивается способность к клеточной регенерации. ДНК многоклеточных организмов (эукариотов) обладает свойством укорачиватся после деления. На стадиях развития эмбриональных стволовых клеток это не имеет значения, потому что клетка вырабатывает специальный фермент ДНК-теломеразу, способный восстанавливать концевые участки ДНК. Но после определённого числа делений и перехода на другой уровень дифференцировки излишне активизированные клеточные гены затрудняют выработку фермента. В результате после каждого деления ДНК становится всё короче и короче. Это сказывается на её функциональных возможностях. Наступает момент, когда ДНК становится неспособной обеспечивать жизнь клетки.
Описанная картина функционального генетического хаоса представляет собой физиологическую сущность старения. А основная причина старения, на мой взгляд, заключается в том, что в генетическом аппарате ДНК человека и большинства живых существ на нашей планете не предусмотрен механизм остановки дифференцировки у зрелой, функционально специализированной клетки, возникшей в результате серии делений. Дифференцировка, то есть неуправляемая активизация генов продолжается и в следующих поколениях клеток возникает избыточная дифференцировка. Изменения, происходящие в клетке из-за избыточной дифференцировки несовместимы с жизнью. Что даёт мне основания так говорить? Да ведь это буквально бросается в глаза, когда начинаешь сравнивать физиологию одноклеточных и многоклеточных организмов. У бактериальной клетки нет дифференцировки, но также нет старческих изменений.
Для того, чтобы лучше понять разницу между стареющей эукариотической клеткой и нестареющей прокариотической обратимся к упрощённой аналогии. Представим себе, что клетка - это квартира, а гены - жильцы. Прокариотическая клетка является маленькой квартирой, где мало жильцов, а эукариотическая - большая квартира с большим количеством жильцов. Состояние квартиры зависит от жильцов, насколько они активизированы, то есть в нашей аналогии спят или бодрствуют. В маленькой квартире все жильцы бодрствуют и находятся между собой в относительной гармонии. В большой квартире дело обстоит сложнее. Не бывает такого, чтобы одновременно все жильцы бодрстввовали. Сначала большая часть жильцов спит, потом они постепенно начинают просыпатся. В разных квартирах (клетках) просыпаются разные группы жильцов (генов), в зависимости от специальности. Но если одновременно все жильцы проснутся, квартира развалится, не выдержит (избыточная дифференцировка). И это не болезнь, такое свойство изначально заложено в ДНК эукариотов. Деятельность прокариотических (бактериальных) генов гармонизирована, скоординирована, а эукариотических генов (многоклеточных организмов) нет. У эукариотов существует только относительная гармония, когда активна только часть генов. Но эта гармония временная, так-как нет механизма остановки дифференцирования и жильцы продолжают просыпатся. Это кончается старостью и смертью. По своей сложности эукариоты стоят гораздо выше прокариотов, потому что состоят из разных клеток. Таким образом, старение - это как бы плата за наше превосходство над бактериями.
Возникает, можно сказать, философский вопрос. Почему жизнь на Земле устроена именно так? Здесь есть глубокий смысл. Но это тема для отдельного разговора.
Можно ли повернуть назад процесс дифференцировки? Если верно предположение, что избыточная дифференцировка является главной причиной старения, то научившись держать её под контролем, люди смогут превращать обычные, дифференцированные клетки в стволовые или же сделать так, чтобы уже имеющиеся стволовые клетки при своём естественном размножении не дифференцировались. Тогда в организме будет постоянно возобновляемый запас стволовых клеток. А это означает, ни много ни мало, победу над старением, так-как всегда можно будет заменить старые, отжившие своё клетки на новые, молодые!
Чтобы этого достичь, надо задействовать процесс, обратный дифференцировке. Вообще то говоря, в естественной живой природе он существует и называется дедифференцировкой. Вся проблема в том,что в организме человека и животных дедифференцировка встречается крайне редко и то во время перерождения обычных клеток в раковые. Но это нечто другое, при раковом перерождении изменяется генетическая структура, то есть последовательность генов. А вот чтобы здоровая дифференцированная клетка превратилась не в раковую, а в такую же здоровую,но менее дифференцированную клетку, без изменения генотипа, то таких случаев учёные пока ещё не наблюдали. Но даже если в естественной природе дедифференцировка и не встречается в том виде, в каком она была бы нам полезна, то это не значит, что наука не смогла бы её осуществить искусственно.
Чтобы остановить процесс старения, нужно остановить дифференцировку. Что же представляет собой дифференцировка, то есть активизация гена с точки зрения биохимии? Неактивный, спящий ген соединён с так называемой метильной группой - совокупностью химических элементов, состоящую из одного атома углерода и трёх атомов водорода. Когда в результате химических реакций метильная группа отделяется от гена, тот активизируется. Метильная группа выполняет роль предохранителя. Дифференцированная клетка отличается от менее дифференцированной тем, что у неё большее количество генов утратило свои метильные группы. На научном языке присоединение метильных групп к ДНК называется метилированием, отсоединение - деметилированием. Степень метилирования означает степень дифференцировки. Связь между ними обратная. Чем больше степень метилирования ДНК, тем меньше степень дифференцировки, тем клетка моложе. Зависимость одного от другого доказана современной наукой. Рекомендую прочесть об этом статью американского учёного Р. Холлидея под названием "Эпигенетическая наследственность", опубликованную в журнале "В мире науки" за 1989 год, № 8.
Обозначилась главная стратегическая задача. Нужно повысить степень метилирования ДНК. То, что этот путь правильный, косвенно доказывается известным фактом из мира животных. Сразу хочу оговориться, что конечно, ДНК и биологические процессы у животных имеют свои особенности и их нельзя механически переносить на человека. Но, поскольку, биохимические законы едины, а генетический код универсален, то основные, фундаментальные свойства и закономерности онтогенеза и старения общие для всех многоклеточных эукариотических организмов на нашей планете. Различны только формы. Поэтому на примерах животных можно изучать механизмы старения человека. У некоторых животных старение имеет скачкообразный характер и поэтому его удобно изучать. В качестве примера можно привести онтогенез некоторых видов лососевых рыб. Самое главное событие в их жизни - это размножение, нерест. Но как только это событие произошло, животные вскоре погибают. Их организм за короткое время подвергается деградации, которая с точки зрения гистологии и биохимии идентична глубокому старению. Но что характерно. ДНК лососевых рыб в этот момент теряет очень много метильных групп. Это свидетельствует о прямо пропорциональной зависимости между деметилированием ДНК и старением.
Итак, что же надо сделать, чтобы повысить метилированность ДНК? Для этого предлагаю два гипотетических метода. Условно их можно назвать биохимическим и биофизическим. Биохимический, наиболее вероятный - это повышение уровня содержания в клетках метильных групп, а также ферментов, регулирующих процессы обмена веществ, в том числе и метилирования. Следует использовать комплекс биологически активных соединений. К нему относятся прежде всего:
1) S-Аденозилметионин (источник метильных групп)
2) Метилметионинсульфонийхлорид (витамин, источник метильных групп)
3) ДНК-метилаза (фермент, регулятор метилирования)
4) ДНК-теломераза (фермент, восстановитель ДНК)
5) ДНК-полимераза (фермент, регулятор синтеза ДНК)
6) Аденозинтрифосфат (АТФ) (источник энергии)
7) Аденозинмонофосфат (источник энергии)
8) Инозин (источник энергии)
9) Янтарная кислота (источник энергии)
10) Коэнзим Q (витамин)
11) Магний (микроэлемент)
12) Активированный уголь (регулятор пищеварения)
Итак, перед нами что-то похожее на "эликсир молодости". Разумеется, можно использовать кроме этих ещё и другие препараты. Я назвал только самые эффективные с точки зрения современного уровня биохимии. Также необходимо придерживатся специальной диеты с ограниченным содержанием белка и жиров. Очень важно предотвратить избыточное метилирование, которое может "заблокировать" нужные гены. Есть ещё кое-что. Мы пока не "нащупали" чёткого барьера между здоровой дедифференцировкой, когда дифференцированная клетка превращается в стволовую без изменения генетической структуры и раковым перерождением и поэтому не можем ответить на вопрос, может ли одно превращатся в другое или нет. Не случится ли так, что попытка вернуть молодость приведёт к возникновению рака. Нужны экспериментальные исследования. Для того, чтобы добится нужного эффекта и избежать неблагоприятных последствий, необходима ювелирная точность в дозировке, причём для каждого человека своя доза того или иного вещества. Поэтому я ни в коем случае не рекомендовал бы тем, кто читает эти строки, принимать вышеперечисленные вещества самостоятельно, без назначения врача. Самым лучшим я считаю такой вариант. Человек приходит к врачу, сдаёт кровь. Из крови делается клеточная культура. Клетки обрабатываются вышеназванными препаратами, из них получаются стволовые клетки, причём это будут собственные стволовые клетки пациента, генетически тождественные, что очень важно. Клетки затем тщательно исследуются, чтобы выяснить, нет ли в них чего-нибудь плохого. Если всё хорошо, они вводятся в организм тем или иным способом.
Данный метод использования ферментов и метильных групп, возможно, эффективный, но очень дорогостоящий. Есть другое направление, биофизическое. Оно связано с биосинтезом аденозинтрифосфата (АТФ)- главного источника энергии в организме. Учёные выявили закономерность. Биосинтез АТФ стопроцентно кореллирует (находится в зависимости) с биологическим возрастом, так-как пожалуй, ни одна другая клеточная функция. Чем больше возраст, тем менее интенсивный обмен веществ, а следовательно, меньше требуется энергии и её меньше синтезируется. Конечно, с точки зрения биологической целесообразности так и должно быть. Но возникает мысль: если метилирование ДНК определяет биологический возраст, следовательно существует связь между метилированием и биосинтезом АТФ. А что если эта связь двусторонняя? Если искусственно удерживать биосинтез АТФ на определённом уровне, то не может ли он в свою очередь изменить степень метилирования и тем самым биологический возраст? Причём важно, чтобы организм сам синтезировал АТФ. Если вводить его извне, то атрофируются собственные механизмы биосинтеза. Как же добится нужного результата?
Самое лучшее - это создать протонный градиент, то есть избыток концентрации протонов снаружи клетки по сравнению с тем, что внутри. Процесс довольно сложен, так что я не буду приводить его и снова порекомендую желающим просмотреть спецлитературу, в частности статью П. Хинкла и Р. Мак-Карти "Как клетки делают АТФ" в книге из серии "Молекулы и клетки", выпуск седьмой; издательство "Мир" Москва 1982 год, подборка статей из журнала "Scientific American". Я думаю, что такая стимуляция биосинтеза АТФ лучше, чем гормонами и витаминами, потому что последние могут оказать возбуждающее действие на дифференцировку.
Чтобы создать протонный градиент, нужно получить воду с повышенным содержанием протонов. Проще всего это сделать, если воздействовать на ёмкость с водой электрическим током. Часть молекул воды диссоциируется на протоны и гидроксильные ионы. Можно получить воду с преобладанием того или иного компонента. Разумеется, никому не советую заниматься этим в домашних условиях, так-как это небезопасно. С электричеством шутки плохи. Для этого промышленностью выпускаются специальные приборы. Важный момент: на мой взгляд, следует использовать заряженную воду как с протонами, так и с гидроксильными ионами поочерёдно для поддержания электролитного равновесия. Как и в предыдущем случае и по тем же причинам, электрическую воду лучше не принимать вовнутрь, а воздействовать ею на клеточные культуры для получения стволовых клеток.
В заключении могу сказать, что лично я - оптимист и верю, что рано или поздно, но обязательно настанут времена, о которых повествует Библия и люди будут жить так же долго, как и Мафусаил. Но к этим временам надо готовится уже сейчас.
