Глава 16.Бессмертие через биотех — борьба со старением, регенеративная медицина, синтетическая биология



страница17/27
Дата27.04.2016
Размер1.95 Mb.
ТипКраткий обзор
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   27

Глава 16.Бессмертие через биотех — борьба со старением, регенеративная медицина, синтетическая биология

Борьба со старением – дожить до сингулярности


По мере развития цивилизации естественным образом происходит продление средней продолжительности жизни человека. Однако число умирающих людей огромно – ежегодно умирает на Земле около 58 миллионов человек, то есть примерно столько же, сколько погибло во всю Вторую мировую войну. Основная причина смерти людей в цивилизованных странах – это старение. Тем не менее средняя продолжительность жизни растёт на 3 года каждые 10 лет в развитых странах, причём даже у тех групп населения, которые не получают дорогостоящей медицинской помощи. Этому способствует: рост культуры безопасности, улучшение питания и профилактики болезней, снижение детской смертности, вакцинация населения, развитие фармакология и медицины в целом. Однако победа над старением требует радикально новых технологических решений.

Продление жизни прямо связано с задачей «возвращения молодости». Продолжительность официально признанной молодости и детства в развитых странах непрерывно растёт. Как сказал персонаж фильма «Простая история» Д.Линча «В старости самое мучительное – это воспоминания о молодости». Таким образом, мечта о возвращении молодости оказывается ещё более заветной, чем вечная жизнь.

Мы знаем, что суть проявлений интеллекта – в его антиэнтропийной деятельности, а старение, наоборот, есть проявление энтропии на разных уровнях организма и личности, то есть накопление ошибок на генетическом, белковом, клеточном и уровне биологических систем. Кроме того, стареет и информация в мозге, например, за счёт утраты неведения и выработки устойчивой системы условных рефлексов. Более того, человек стареет и в социальном плане: в детстве перед ним открыты все пути, но в зрелом возрасте он уже выбрал одну социальную роль и другие возможности обычно утрачены навсегда. Поэтому основная задача разума – сохранение своего существования.

Перед человечеством стоит глобальная задача борьба со старением. Этот враг не находится в какой-то одной точке, а является естественным процессом накопления ошибок в любых сложных системах. Подлинная победа над старением будет в победе сил интеллекта над силами энтропии, оптимизации над дезорганизацией. Таким образом, необходимы сосредоточенные интеллектуальные усилия больших групп учёных и соответствующие вложения капитала и организационных ресурсов, чтобы накопить и упорядочить критическую массу знаний о старении человеческого организма и мозга и обратить этот процесс вспять.

Можно предвидеть следующие этапы борьбы со старением и успехов продления жизни:


  1. Пройденный этап в большинстве развитых стран, который состоит в улучшении питания, снижения детской смертности, прививках, искоренении болезней и войн. Он приводит к тому, что большинство родившихся доживают до старости.

  2. Нынешний этап состоит в повышении культуры безопасности и росте медицины, направленной на сохранение жизни в старости, и а также включает в себя ещё ряд неясных факторов, которые приводят к росту средней продолжительности жизни в развитых странах со скоростью 3 года в 10 лет.

  3. Будущий этап продления жизни будет состоять в активном превентивном вмешательстве в процессы старения и в создании активной защиты человека от рисков несчастных случаев, в виде описанного выше носимого робота, роботов-водителей, всемирной системы видеонаблюдения и других методов. Европейский союз в 2010 году собирается принять комплексную программу по борьбе со старением. В России аналогичную программу разрабатывает фонд «Наука за продление жизни», который возглавляет автор этой книги Михаил Батин. Основными методами борьбы со старением станут методы регенеративной медицины, выращивания искусственных органов, замены органов на механические, а также методы регуляции генетической экспрессии, которые уже сейчас позволяют значительно продлить жизнь нематод и мышей. Хотя уже сегодня внедряются отдельные решения, полная победа над старением будет комплексной задачей, которая потребует нескольких десятков лет на разработку, тестирование и внедрение. В результате средняя ожидаемая продолжительность жизни достигнет 100 и более лет. В то же время параллельное развитее многих технологий повысит риски глобальных катастроф, что потребует соответствующих превентивных мир. Всё же чисто биологическими методами вряд ли возможно продлить жизнь человека более чем до 200-300 лет. (При этом будет измеряться не реальная продолжительность жизни, а её ожидаемая величина, исходя из уровней смертности, так как иначе бы пришлось ждать 100 лет до завершения исследований, а за это время может наступить следующий этап продления жизни.)

  4. Следующий этап продления жизни человека будет связан с тотальной киборгизацией человеческого организма на клеточном уровне с помощью нанороботов.

  1. Перенос сознания в компьютер.

Задача достижения практического бессмертия является вполне реализуемой для науки и техники XXI века, и встаёт вопрос о необходимой социальной организации, чтобы довести ее до реальности.

Есть несколько основных подходов к борьбе со старением, которые различаются в зависимости от того, как именно из 400 существующих теорий старения окажется истинной. Можно предположить, что тот метод, которые реально поможет победить старение, одновременно послужит и доказательством соответствующей теории старения. При этом старение – это сложный комплексный процесс, и многие причины старения могут работать одновременно. То есть тут не стоит надеяться на одну чудо-молекулу.

Сама природа говорит о возможности радикального продления жизни, так как похожие морфологически живые существа живут очень разное время. Например, пчела живёт 2 месяца, а муравей до 15 лет. Мышь живёт 1-2 года, а маленький грызун голый землекоп – 28 лет. Дольше всех живёт кит, который, судя по всему, может доживать до 400 лет. Таким образом, в самом строении живых организмов нет принципиальных ограничений на большую продолжительность жизни.

Было исследовано множество способов воздействия на червя нематоду; более 80 разных мутаций продлевают ее жизнь. Мутация в гене IGF-1, отвечающем за продукцию инсулиноподобного фактора роста, совмещённая с низкокалорийной диетой, увеличила продолжительность жизни червя в 10 раз. http://www.lenta.ru/news/2008/02/07/longlife/ У людей долгожителей тоже часто обнаруживают мутации в этом гене.

SENS –стратегия пренебрежимо малого старения инженерными методами, которая разработана английским исследователем Обри ди Греем. Он полагает, что за старение отвечает семь основных факторов, каждый из которых можно излечивать периодическими вмешательствами. То есть человек будет ходить в клинику для регулярного омоложения своего организма, подобно тому, как сейчас люди ходят к зубному для регулярного приведения в порядок ротовой полости. И современные технологии позволяют сколь угодно долго поддерживать «голливудскую улыбку». Точно также старение можно победить уже существующими и разрабатывающимися методами, полагает ди Грей, без каких-либо невероятных открытий, вроде нанороботов. Однако эти методы должны целенаправленно разрабатываться именно для борьбы со старением, а затем применяться регулярно и в комплексе.

Ди Грей считает, что его система сможет продлить жизнь человека до 1000 лет. При этом будет действовать концепция «Actuarial escape velocity», что можно перевести как «скорость убегания в области увеличения продолжительности жизни». Сейчас ожидаемая продолжительность жизни увеличивается слегка каждый год. Каждые три года ожидаемая продолжительность жизни увеличивается на один год. Скорость убегания будет достигнута, когда каждый год ожидаемая продолжительность жизни будет возрастать более, чем на год. С математической точки зрения эта означает, что для значительного числа людей, живущих уже сейчас, будет доступно если не абсолютное бессмертие, то радикальное продление жизни.



Ди Грей выделяет следующие факторы старения:

  1. Накопление мутаций в клетках. Основной вред от этих мутаций – рост вероятности возникновения рака, поскольку одна раковая клетка может убить весь организм. Снижение производительности клеток за счёт мутаций имеет гораздо меньший вред и «лечится» апоптозом, который в здоровом организме убивает неисправные клетки. В силу этого основным лекарством от этой причины старения будет создание универсального лекарства от рака, чем бы оно ни было. Наиболее перспективно здесь включение или отключение определённых генов.

  2. Накопление повреждений в митохондриях. Митохондрии имеют собственную ДНК, но не имеют сложного аппарата репарации ее, который есть у ядерной ДНК, в результате чего мутации в них накапливаются быстрее и приводят к общему снижению производительности клеток. Лечение здесь может состоять в переносе кодирования белков, необходимых для митохондрий в ядро клетки с помощью так называемой генетической терапии – то есть применения вектров-вирусов для изменения ДНК уже существующих клеток.

  3. Накопление «белкового мусора» внутри клеток. Множество болезней связано с тем, что внутри клеток накапливаются белки, которые уже не нужны для их нормальной работы, но которые клетка не в состоянии переработать. В их число входит артеросклерозис, деградация сетчатки, множество нейродегенеративных заболеваний. В клетке есть естественный орган по переработке отходов – лизосома, и если добавить в ее арсенал несколько новых энзимов, то есть белков-ферментов, способных расщеплять другие белки, то эта лизосома сможет справляться с вредными белками. Такие энзимы есть у грибов и некоторых растений. Необходимо извлечь ДНК, кодирующую эти энзимы, и методами генной терапии перенести эти гены в ДНК клеток человека. При этом достаточно «заразить» исправленной версией только небольшую популяцию родных стволовых клеток человека, чтобы она потом сменила в ходе процессов естественной замены клеток в организме почти все остальные клетки.

  4. Внеклеточный мусор. Точно также мусор накапливается и в межклеточном пространстве. Его можно убрать с помощью усовершенствованного фагоцитоза (процесса уничтожения собственных клеток организма с помощью клеток убийц), либо специально сконструированных лекарств, либо хирургически.

  5. Потеря и атрофия клеток. Множество заболеваний связано с уменьшением числа клеток в важных тканях. Это атрофия скелетных мышц, ослабление сердца, многие заболевания мозга, в том числе болезнь Паркинсона. Здесь может помочь лечение фактором роста и другими гормонами, а также стволовыми клетками.

  6. Старение клеток. Многие состарившиеся клетки не умирают в силу апоптоза, но и не производят ничего полезного, и, более того, вредят. С этим связаны такие процессы как ожирение внутренних органов, деградация иммунной системы, диабет второго типа, хронические болезни суставов. Чтобы избавиться от таких клеток, нужно стимулировать их апоптоз с помощью специальных вакцин или генетических вмешательств.

  7. Лишние межклеточные связи. Клетки формируют ткань с помощью межклеточных связей. Образование таких лишних связей приводит к излишней жёсткости тканей, потери ими эластичности, что ведёт к артериосклерозу, болезням суставов, нарушениям формы кожного покрова. Лечение здесь предлагается в ведении специальных энзимов, разрушающих паразитные связки.

Другое направление борьбы со старением – это поиск ключей, которые запускают естественные механизмы, приводящие в том числе и к увеличению продолжительности жизни.

Самое известное из них – это Calorie restriction, ограничение потребления калорий, то есть питательности пищи. Установлено, что нематоды, мыши и другие животные, потребляющие меньшее количество калорий, живут дольше. Ещё в 1934 году было обнаружено, что крысы, подвергавшиеся голоданию, жили почти в два раза дольше. Хотя исследования на приматах еще не закончены, есть все основания считать, что этот метод помогает обезьянам и людям. В среднем снижение калорийности пищи (при сохранении уровня остальных питательных веществ) даёт прирост жизни грызунов на 30-40 процентов.

Причины, по которым ограничение калорий ведёт к росту продолжительности жизни, пока еще не до конца ясны. Они включают в себя следующие:



  • Гормезис – усиление защитной реакции организма в ответ на небольшое стрессовое воздействие.

  • Включение определённых генетических путей, например, в 2007 г. было показано, что включение гена PHA-4на грызунах приводит к эффектам, аналогичным голоданию. 

  • Снижение уровня свободных радикалов за счёт более эффективной работы митохондрий

  • Снижение повреждения белков глюкозой и рисков диабета второго типа.

Поскольку современный образ жизни не способствует активному голоданию, разрабатываются методы симулирования эффектов ограничения калорий с помощью различных лекарств. Идёт поиск веществ, которые включают и отключают гены, связанные с реакцией на голодание (например, SIRT-1), а также ингибируют белки, участвующие в этих реакциях. Такими веществами могут быть ресвиратрол и рапамицин, которые в некоторых исследованиях показывают увеличение продолжительности жизни.

Другие возможные ключи, ведущие к росту продолжительности жизни, – это физические упражнения и различные антиоксиданты (к сожалению, здесь много информационного шума, связанного с торговлей биодобвками).

Ещё один ключ – это шапероны, то есть белки, которые вырабатываются в ответ на различные небольшие повреждения. Включение генов стрессоустойчивости приводит к достоверному росту продолжительности жизни модельных животных. Эти исследования проводит в России А.Москалёв.

Поиск «лекарства от старости» может быть ускорен за счёт скрининга всех существующих лекарств на увеличение продолжительность жизни мышей, и такие исследования недавно начались в США.

Были распространены теории о том, старение является генетической программой, предназначенной для ликвидации организмов, выполнивших свои биологические функции. Например, лососи, идущие на нерест, стареют практически мгновенно. А люди, больные прогерией, стареют преждевременно, что предполагает ошибочный запуск механизма старения. Эта идея привлекательна тем, что тогда можно было бы выключить комплекс генов, запускающих старение. Однако пока эта теория не находит подтверждений.

Ещё одна теория говорит о том, старение связано с ограничением способности клеток делиться (предел Хейфлика, который для человеческих клеток составляет 52 деления), причина чего сокращение длины теломеров на концах ДНК. Такое ограничение необходимо для того, чтобы не давать обычным клеткам превращаться в раковые. Есть белок теломераза, восстанавливающий теломеры, который действует в стволовых и половых клетках. Снятие ограничения числа делений могло бы сделать клетки вечно молодыми, но резко увеличило бы вероятность рака.

Другая теория связывает старение с накоплением числа мутаций в ДНК при делении клеток. Среднее число мутаций у новорожденного – около 400 на одну клетку, а к концу жизни оно достигает 1200. Однако у организма есть механизм восстановления этих повреждений, который применяется в процессе мийоза половых клеток. В ходе этого процесс половые клетки внутри организма обмениваются ДНК, благодаря чему некоторые клетки имеют гораздо меньшее число повреждений. Для борьбы со старением было бы можно запустить этот же процесс в отношении стволовых клеток внутри организма (и по некоторым данным это само собой происходит при восстановлении мышечных клеток). В любом случае сохранение родных стволовых клеток человека без повреждений, например, из пуповинной крови могло бы позволить восстановление организм в более пожилом возрасте.

Возможна как стратегия не борьба со старением, а борьба со смертностью, вызванной старением. Большинство причин смерти имеют то общее, что они связаны с прекращением снабжения кислородом головного мозга. Возможны различные стратегии обеспечения непрерывного снабжения мозга кислородом и другими питательными веществами при различных угрожающих состояниях. Это и использование искусственных систем кровообращения, кровезаменителей с высоким содержанием кислорода, медицинских нанороботов; внедрение в мозг генетически модифицированных клеток с большей устойчивостью.

Изучение геномов долгоживущих людей и животных. До сих пор нет расшифровки генома голого землекопа, который не болеет раком и живёт в десять раз больше, чем обычные грызуны. Защита от рака у голого землекопа связана с тем, что у него есть двойной механизм защиты от роста опухолей, основанный на двух разных генах, который запускает апоптоз клеток при их чрезмерном сближении.

Проводились исследования геномов людей, доживших до 110 лет. Определение генов, ответственных за долголетие, позволит создать лекарства, выполняющие те же функции.

«Фонд Мафусиала» учредил M-Prize в несколько миллионов долларов за продление жизни мыши до 5 лет от обычных средних 2 лет в 2003 году. В 2003 году приз получил Анджей Бартке, чья мышь с выключенным геном не дожила только 6 дней до пятилетия. Несколько команд продолжают соревноваться за этот приз.

Есть теория, что старение связано с процессами воспаления, и антивоспалительные лекарства могут уменьшать старание и теории, связывающие старение с ошибками при ремонте.

Эпигенетическая теория старения. Работа генома регулируется эпигенетическими механизмами, в которых могут накапливаться сбои. С другой стороны, если подобрать ключи к управлению работой генома, то можно управлять состоянием организма, запуская нужные каскады реакций. Управление осуществляется с помощью специальных молекул активирующих или блокирующих разные гены. Другой метод регуляции генома – это введение в него новых отрезков ДНК с помощью вирусов-векторов.

Организм обладает мощными средствами самовосстановления, но сами эти средства тоже стареют, например, способность к регенерации очень быстро уменьшается с возрастом. Если отрегулировать системы самовосстановления, как на клеточном, так и на тканевом уровне и на уровне органов, то организм сможет непрерывно омолаживать себя, выращивая молодые органы и ткани. На этом построено бессмертие такого существ как гидра, которая может регенерировать полностью из любого отдельно кусочка. У новорождённых млекопитающих сердце способно полностью залечить повреждения, а у зрелых особей остаются рубцы. Отмечены случаи спонтанного восстановления у детей кончиков пальцев.

Помощь организму в деле регенерации – это регенеративная медицина. Тотальная регенерация равносильна борьбе со старением. Сейчас регенеративная медицина развивается на нескольких уровнях:


  • Управление развитием клеток с помощью факторов роста и других гормонов. Есть опыты по стимуляции вырастания кончиков пальцев. Зубы можно вырастить в челюсти, стимулировав соответствующие клеточные механизмы.

  • Введение собственных и индуцированных стволовых клеток в ткани. Это применяется при лечении последствий инфарктов и инсультов.

  • Выращивание живых органов за пределами тела и их пересадка. Так вырастили мочевой пузырь.

  • Напыление стволовых клеток и факторов роста на бесклеточный каркас органа, полученный от донора. Так, итальянский профессор Маккиарини вырастил трахею прямо в теле пациента и в том же месте, где она и должна быть.

  • Выращивание органа внутри тела самого пациента, например, в брюшной полости, и потом пересадка.

Вместе с тем проблема старения является многомерной и комплексной, и не стоит надеяться, что какой-то один ключик сможет радикально вылечить старение.

Причина причин старения
Одна из причин старения не в том, что у него есть причина, а в том, что наоборот, у организма есть причина не умирать до определённого возраста. То есть естественный отбор подавлял все причины старения, чтобы организм жил столько, сколько нужно для решения задач его успешной репродукции в достаточном количестве. Для человека – это возраст рождения и успешного обучения детей и, возможно, внуков, скажем 60 лет. После этого все причины старения не подавлялись. Точно так же глаза отмирают у подземных животных – не потому что есть некая причина неразвитости глаз, а потому что глаза не нужны. Это приводит к тому, то многие различные причины старения начинают работать одновременно – и оксидантный стресс, и вероятность рака, и предел Хейфлика. С одной стороны, это затрудняет нашу задачу, так как обнаружение и устранение любого одной причины старения не решает задачу, появляются остальные.

С другой – появляется новый класс объектов воздействия – это общая причина причин старения. Например, если бы мы как-то могли воздействовать на биологические часы организма в целом, то мы бы воспользовались присущей ему способностью противостоять всем видам старения в молодом возрасте. Например, были опыты по снижению температуры тела и последующему замедлению всех молекулярных процессов – хормячки, впадающие в спячку, живут дольше. По одной из гипотез голый землекоп живет дольше именно из-за сниженного метаболизма http://moikompas.ru/compas/goliy_zemlekop

Но снижение температуры человека ослабляет иммунитет, сжигание жиров и способность к интенсивной деятельности.

Точно также ограничение калорий, помимо того, что запускает определенные молекулярные пути реакции на стресс, приводит, возможно, к общему замедлению метаболизма. (Что и логично – машина, на которой меньше ездят – меньше стареет; сон также продляет жизнь вроде бы, как и мелатонин, гормон сна.) Но растягивание жизни за счет ее замедления по своему снижает качество жизненного опыта и эффективность решения творческих задач. То есть нам было бы лучше если бы тело пребывало в замедленном режиме, а мозг в нормальном или ускоренном, когда надо решать важную задачу.

Наоборот, стимуляторы ведут к ускоренному старению, например, кокаин ускоренно старит мозг http://www.sciencel.com/iresource/science_news/971

То есть у нас есть три трюка по замедлению времени: сон, снижение калорий, снижение температуры, и возможно, список этим не ограничивается, более того, это простые трюки, а возможен некий молекулярный трюк, который делает тоже самое.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   27


База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница