Эксперименты Хейфлика: генетические пределы жизни

В 1961 г. д-р Леонард Хейфлик, в ту пору работавший в Станфордском университете, в ходе экспериментов по изучению рака обнаружил, что клетки человека, растущие в культуре (химической питательной среде, обеспечивающей их энергией и веществами, необходимыми для жизни), делятся только ограниченное число раз за тот период, пока их потомство стареет и умирает. Число делений, которое могли претерпеть выделенные из человеческого эмбриона клетки, оказалось равным примерно 50. Клетки, полученные от более старых людей, претерпевали еще меньше делений, а затем гибли. Например, клетки, взятые у взрослого человека, способны делиться примерно раз двадцать.

Хейфлик и другие исследователи культивировали также клетки животных и доказали, что число делений зависит от того, сколько в норме живет это животное. Так, для клеток норки, продолжительность жизни которой составляет около 10 лет, число делений меньше, чем для клеток человека, а для клеток мыши, живущей примерно три года, делений еще меньше, чем для клеток норки. Хейфлик пришел к выводу, что смерть всех клеток, принадлежащих животным или человеку, отражает процесс старения на уровне отдельной клетки, а стареют клетки оттого, что существует генетический предел продолжительности их жизни.

По мнению Хейфлика, этот генетический предел программируется информацией, заключенной в длинных, сложных цепях атомов ДНК в ядре каждой клетки. Следовательно, старение оказывается структурно обоснованной, "встроенной" особенностью клеточной структуры; все нормальные клетки заранее обречены на необратимое увядание.

Ученые в массе своей приняли в штыки эти выводы, и большинство из них осталось неколебимо верным общепринятому мнению, согласно которому клетки в культуре практически бессмертны. Еще в 1974 г. Хейфлик утверждал, что "даже сейчас, тринадцать лет спустя после того, как первоначальное открытие получило подтверждение буквально в сотнях лабораторий всего мира, многие упорно отказываются ему верить".

Теория предопределенного генетического предела старения Хейфлика находит подтверждение при изучении идентичных близнецов, в частности в опытах д-ра Лисси Джарвика из Колумбийского университета. В отличие от всех других людей идентичные (однояйцевые) близнецы имеют во всех клетках одну и ту же ДНК. Это объясняется тем, что в таких случаях (но не в случае обыкновенных двойняшек) оплодотворенное яйцо при первом делении в матке матери дает не две клетки, которые станут частью одного эмбриона, а образует два одноклеточных эмбриона, идентичных во всех отношениях, в том числе и по структуре ДНК. Такие близнецы не только абсолютно идентичны по внешним признакам, определяемым структурой ДНК, - цвету волос и глаз, росту, чертам лица и т. д., - но и по химическим процессам (также управляемым ДНК), протекающим в каждой отдельной клетке. И если ДНК клеток идентичных близнецов несет информацию, которая определяет продолжительность жизни человека, то у близнецов эта продолжительность должна быть одинаковой. Работы Джарвика подтвердили, что продолжительность жизни близнецов в общем одинакова.

Исходя из 50 делений эмбриональных человеческих клеток в изолированных культурах, Хейфлик рассчитал, что продолжительность жизни человека должна составлять 110-120 лет - именно этот срок понадобится, чтобы такое количество делений произошло в организме человека. Однако лишь 0,1 % человечества когда-либо доживала до 110-летнего возраста. Это обстоятельство несколько обескуражило Хейфлика: ведь если клетки человеческого организма способны жить в культуре срок, эквивалентный 110-120 годам, то теоретически и сами организмы, из которых взяты клетки, могут жить до такого же возраста.

После более внимательного изучения культур клеток Хейфлик заметил, что задолго до того, как клетки перестают делиться, специфически изменяются их структура и функции: снижается способность вырабатывать энергию, недостаточно быстро синтезируются ферменты и в каждой клетке накапливается все больше отходов. Значит, сделал вывод Хейфлик, возрастные изменения в клетках "играют главную роль в проявлении старения тела и приводят к смерти индивидуума... намного раньше, чем его клетки прекращают деление". Когда в комплексном наборе взаимозависимых клеток, который представляет собой человеческий организм, накапливается достаточное количество возрастных изменений в жизненно важных органах - например, в клетках сердца или мозга, - тело умирает, хотя в нем могут оставаться еще немало жизнеспособных клеток. А это значит, что если бы нам удалось замедлить структурные и функциональные изменения, возникающие в наших клетках, то нам удалось бы дожить до "генетического предела старения" Хейфлика.

Делались попытки объяснить, каким образом этот генетический предел проявляется в клетках нашего тела. Все они исходят из того, что старение есть не что иное, как потеря контроля над различными процессами в организме; многие ученые признают, что эти потери происходят на клеточном уровне, в ДНК самих клеток. Перечислим пять основных современных теорий старения:

1) гипотеза ошибок;

2) теория свободных радикалов;

3) теория поперечных сшивок;

4) гипотеза мозговой регуляции;

5) аутоиммунная теория.

Хотя большинство геронтологов сходятся на том, что старение обусловлено одновременно несколькими причинами, поборники каждой из перечисленных выше теорий располагают доказательствами своих идей, и, что гораздо важнее, получили экспериментальные подтверждения, которые, по словам Алекса Комфорта, "сейчас кажутся весьма многообещающими с точки зрения понимания и направленного изменения процессов старения".