СМЕРТЬ И БЕССМЕРТИЕ – В НАШИХ ГЕНАХ

(проблема долголетия)

 

Всех, кто стар и кто молод, что ныне живут, В темноту одного за другим уведут. Жизнь дана не навек. Как до нас уходили, Мы уйдем; и за нами – придут и уйдут.

Омар Хайям

 

Самое страшное из зол – смерть не имеет к нам никакого отношения, так как, пока мы существуем, смерть еще отсутствует; когда же она приходит, мы уже не существуем.

Эпикур

 

В начале жизни мы юны и здоровы, а потом неизбежно стареем и умираем. Почему же так происходит? Можно ли это преодолеть? К большому для всех нас сожалению, окончательного ответа на эти вопросы пока еще нет. Ни об одном бессмертном человеке ныне ничего не известно. Несерьезно же считать таковыми Дункана Мак–лауда и его многочисленных соперников из известного телесериала «Горец».

Тем не менее, существует множество легенд, литературных данных и документов о долгожителях. Об одном из них, некоем англичанине Пирсе, большом любителе молочных продуктов, прожившем вроде бы полных 154 года, нам с вами все время напоминают изготовители молока на упаковках своей продукции. Имеются и отдельные более впечатляющие, но менее достоверные сведения. Так, согласно легенде, греческому поэту Эпимениду удалось прожить до 300 лет. Если верить муниципальным записям, китаец Ли Цуньюн жил 246 лет, похоронив за это время 23 жены. Римлянин Плиний Старший в своей «Естественной истории» написал о некоем иллирийце, дожившем вроде бы до 500–летнего юбилея. По библейскому сказанию, отец рода человеческого Адам прожил 930 лет, оставив нам многочисленных потомков. Наконец, в Ветхом Завете повествуется о том. что пророк Мафусаил прожил дольше всех когда–либо живших людей, достигнув возраста 969 лет.

Однако книга рекордов Гиннеса утверждает, что нет ни одного достоверного случая празднования 121–го дня рождения. Сведения о продолжительности жизни некоторых прославленных долгожителей прошлых веков, по мнению специалистов, объясняются тем, что за одного человека принимали отца и сына либо других родственников, носивших одно и то же имя или титул. Самую долгую документально подтвержденную жизнь в 120 лет 137 дней прожил японец Сигечийо Идзуми. Однако в конце концов дело не в том, сумеем ли мы найти или не найти подтверждения мифов о долгожителях. Важно другое. Для того чтобы получить «элексир» продления человеческой жизни, нужно познать истинные причины старения организма.

С древних времен люди искали средства для продления жизни. Выдающиеся умы человечества, среди них Аристотель, Гиппократ, Бекон и другие, посвятили разработке их многие годы. Известно множество всевозможных описаний различных средств, омолаживающих организм, к которым порой неплохо относятся даже некоторые современные врачи. Например, появилось сообщение, что в Тибете в одном из буддийских храмов обнаружены якобы глиняные таблички с рецептом, который монахи используют уже много тысяч лет: натереть 200 г чеснока, поместить в глиняный сосуд, затем налить 200 г спирта и плотно закрыть. Настойку выдержать в темном месте 10 суток, процедить и принимать по 5 г три раза в день за 20 минут до еды, добавляя в холодное молоко. Сходный древний рецепт существует вроде бы в Абхазии: 400 г тертого чеснока смешать с соком 24 лимонов, вылить в банку, завязав горлышко марлей. Принимать две недели подряд в день по 1 чайной ложке, разведенной в стакане кипяченой воды. Французы же считают, что истина–в красном вине. Когда–то пытались омолаживать организм с помощью подсадок в старый организм молодых половых желёз. Считалось, что активная сексуальная жизнь снижает уровень половых гормонов в крови. Однако вскоре выяснилось, что после кратковременного эффекта наступало более быстрое увядание.

Одну из первых, достаточно обоснованных экспериментально научных теорий выдвинул на рубеже XIX и XX веков выдающийся российский ученый И. И. Мечников. Одной из основных причин старения он считал отравление организма особыми ядами–токсинами, продуктами гнилостного распада пищи, происходящего в нашем кишечнике. Он разработал даже специальную диету, которой придерживался долгие годы. Желающим следовать его диете И. И. Мечников советовал в день съедать 120–150 г мяса, не менее 0,5 литра простокваши и побольше растительных продуктов – овощей и фруктов, в числе которых особенно выделял морковь, свеклу, финики и капусту, которые по его мнению, содержат вещества, предотвращающие развитие гнилостных бактерий в толстом кишечнике.

Другая теория старения разработана известным русским физиологом академиком И. П. Павловым и его учениками. Согласно этой теории, нервная система регулирует все процессы в человеческом организме, оказывая тем самым решающее воздействие на обмен веществ, синтез белка, окислительные и энергетические процессы в клетках. Выдвинув свою теорию старения, ученый поставил под контроль прежде всего себя. Основу его образа долгой жизни составлял строгий режим, заключавшийся в чередовании труда и отдыха.

Итак, существует множество разных идей и конкретных советов, как продлить свою жизнь. Порой они сильно противоречат друг другу. Занимайтесь спортом, не курите, не употребляйте алкоголь – говорят одни. А другие, наоборот, утверждают, что повышенные спортивные нагрузки могут принести не меньше вреда, чем лежание на диване. Такие нагрузки увеличивают количество вредных свободных радикалов в организме. А вот стаканчик вина или другого алкогольного напитка в умеренных количествах будет успешно бороться с ними. Например, поможет уменьшить риск сердечно–сосудистых заболеваний. А в пиве содержатся сильные антиоксиданты, которые препятствуют помутнению хрусталика глаза (канадские медики считают, что даже одна кружка этого напитка в день значительно снижает риск развития катаракты). Так что сколько людей, столько мнений.

Возможно, что–то из всего вышеперечисленного действительно полезно, но насколько – еще вопрос. Невозможно экспериментально проверить на себе все имеющиеся рецепты. В любом случае все это практически никак не решает проблему долголетия.

А эта проблема весьма серьезная, особенно для России. По данным Госкомстата на конец 2002 года наши мужчины живут в среднем 58 лет, 11 месяцев и 16 дней. А женщины – 72 года, 4 месяца и 4 дня. Если сравнить с Древним Римом, самым процветающим по тем временам государством, где средняя продолжительность жизни составляла 20–25 лет, то все вроде бы и не плохо. В конце XIX века долгожителями являлись шведки, жившие в среднем по 45 лет. Но вот в современной Европе, США и Японии продолжительность жизни далеко за 70 лет у мужчин (например, в Японии и Швеции – 77 лет) и за 80 – у женщин. В результате по оценкам специалистов к 2010 году население России может сократиться до 136 млн. человек (в 1999 году россиян было 146,3 млн.). Причем по этим прогнозам русских будет всего 107 млн., по сравнению со 118 млн. в 1999 году.

Чтобы решить проблему долголетия, в первую очередь нужно знать как факторы, так и причины, его определяющие. И вот секве–нировали геном человека. В связи с этим вновь возродились различные мечты, самая острая из которых если не бессмертие, то существенное продление средней человеческой жизни и, главное, ее активной, творческой части. Очень хочется верить, что теперь эта мечта не совсем беспочвенна.

Сегодня молекулярным генетикам стало ясно, что многие болезни старости закодированы в геноме человека. И ученые занялись активным поиском «гена долголетия», который продлевал бы жизнь, не оказывая при этом никаких других нежелательных эффектов. В своих поисках они исходили, естественно, в первую очередь из существующих теорий, пытающихся объяснить старение организма. Согласно теории англичанина Эддингтона, число гипотез и теорий, объясняющих какое–либо явление, обратно пропорционально объему знаний о нем. Как бы в подтверждение этой теории, таких гипотез по проблеме старения сейчас накопилось целое море (их насчитывают свыше 300).

Поскольку манипуляции с геномом человека пока невозможны, то для решения человеческих проблем часто используют наших «братьев меньших» – различных лабораторных животных. Как уже говорилось, сходство между нами и ими на геномном уровне позволяет изучать работу какого–либо гена у более простых организмов – так проще, дешевле и быстрее, – а затем использовать эти результаты применительно к человеку. И такие манипуляции уже начинают приносить первые, весьма обнадеживающие результаты. Вот некоторые примеры.

Уже давно обсуждалась возможная связь между старением и процессами, происходящими в таких структурах клетки, как митохондрии. Митохондрии – это «электростанции» клетки, которые вырабатывают энергию за счет происходящих в них процессов окисления. 98% кислорода, потребляемого митохондриями при дыхании, превращается в воду, в то время как оставшиеся 2% за счет паразитных химических реакций дают побочные продукты – агрессивные частицы, называемые свободными радикалами. Эти частицы весьма токсичны для клеток, они вмешиваются в нормальную работу многих клеточных механизмов, вызывают повреждения разных клеточных структур. И с возрастом такие дефекты накапливаются. В результате митохондрии начинают вырабатывать все меньше и меньше энергии и человек слабеет. Надо было проверить эту гипотезу.

Давно уже известно, что предотвратить «окисление» клеток можно и с помощью химических препаратов, так называемых антиокси–дантов. Лауреат двух Нобелевских премий Лайнус Полинг не зря считал, что для продления жизни важнейшим служит особый режим питания и использование определенных витаминов и антиоксидан–тов. Если верить очевидцам, сам он в течение многих лет каждый день употреблял по 1 г витамина С и умер на 93–м году жизни.

Эксперименты итальянских исследователей на мышах подсказали другое решение проблемы. В результате выключения работы одного из генов (его имя p66SHC) мыши становились более устойчивыми к действию факторов, вызывающих окислительный стресс, и их продолжительность жизни увеличивалась на 35%. Ген p66SHC представляет собой своеобразный «винтик», регулирующий сопротивляемость клеток окислению. Таким образом, ученые научились подкручивать этот «винтик», регулируя тем самым процесс старения. Сами авторы утверждают: «Теперь мы точно знаем, что продолжительность жизни поддается управлению. Нам удалось на треть продлить жизнь подопытным животным, хотя они выросли менее активными и отличались меньшими размерами по сравнению с нормальными особями. Однако животные, будучи изолированы от естественной среды обитания, выросли вполне здоровыми, и других побочных явлений замечено не было». Конечно, вывод авторов кажется чересчур оптимистичным, хотя в целом и не лишен некоторых оснований. Такой же ген с такими же функциями имеется и в геноме человека. Из всего этого следует вывод: поиск средств, изменяющих работу гена p66SHC, может быть весьма важным подходом для предотвращения процессов старения у человека.

И еще пример, как исследования на других организмах помогают понять проблемы человека. В геноме одного из излюбленных генетиками простого объекта – червя с трудным родовым именем и простым видовым Caenoharbditis elegans – обнаружено несколько генов, мутации по которым увеличивают продолжительность его жизни. Как показали канадские исследователи, одновременное выключение двух из этих генов продлевает жизнь червя более чем в пять раз. Позднее в геноме человека был также обнаружен ген, весьма сходный с одним из двух генов червя. Анализ продукта данных генов у червя показал, что он участвует в переключении с бескислородного метаболизма клеток на кислородный. Так появилась еще одна «подсказка» для поиска путей продления жизни человека. Если считать человеческий век равным 100 годам, то человек, подвергшийся той же операции, что и червь, теоретически способен прожить лет пятьсот. Однако надо иметь в виду, что эффекты, наблюдаемые от применения разных продлевающих средств, испытанных на животных, на людях, как правило, оказываются значительно скромнее.

В последние годы объектом пристального внимания исследователей, занимающихся проблемой старения, стали концы хромосом. Здесь имеются структуры–наконечники, о которых выше уже шла речь, называемые теломерами. Они служат как «защитники» хромосомы, но в обычных нормальных клетках, как правило, при каждом делении эти структуры становятся все короче и короче. Именно в этом, по мнению ряда ученых, и заключается одна из причин старения. При отсутствии специального фермента теломеразы в нормальных соматических клетках происходит укорачивание хромосомы, сопровождающееся потерей важных генов. Наоборот, бессмертие ряда клеток в культуре вне организма, свойственное, как правило, клеткам из опухолей, объясняется реактивацией фермента теломеразы.

Какова причина этого? У бактерий ДНК имеет форму кольца. Когда нужно сделать копию, определенный белок–фермент садится на нее, затем ползет по ДНК и наращивает ее копию. Естественно, при этом всегда и справа, и слева есть молекула ДНК, ведь она же кольцевая. В результате этого бактерии, вероятно, и являются бессмертными (есть такая точка зрения). Но вот у высших организмов, включая человека, молекулы ДНК расположены в хромосомах и линейны. При этом «копирующий» механизм остался прежним. Он по–прежнему работает в полной мере только тогда, когда у него с двух сторон есть генетический материал. Соответственно, самый кончик молекулы ДНК высших организмов в такой ситуации не может копироваться. Как результат, у таких организмов каждая новая копия ДНК оказывается короче предыдущей. Выяснилось, что в результате такого процесса теломера может уменьшиться до определенной величины, после которой клетка перестает делиться: она старится и умирает. Мысль о том, что длина теломеры хромосом может служить в качестве «часов», отсчитывающих время жизни клетки, была высказана нашим соотечественником А. М. Оловниковым еще в 1973 году. Лишь позднее выяснилось, что в геноме человека есть ген, кодирующий белок теломеразу. Этот белок–фермент способен удлинять теломеры, но в основном он работает в раковых клетках, что, вероятно, и является одной из причин их «бессмертности». В экспериментах на нормальных клетках уже показано, что искусственное увеличение количества теломеразы делает клетки более долгожи–вущими. Возможно, уже через несколько лет на основе теломеразы будет создано лекарство, которое если и не решит проблему старения окончательно, то сможет существенно продлевать жизнь человека.

Примеры того, как исследования на животных указывают на генетические основы долголетия, можно было бы продолжить и приводить долго. Так, в эксперименте на мухах–дрозофилах удалось обнаружить ген, ответственный за продолжительность жизни. Ген продления жизни ученые назвали «Я еще не умер» («I'm not dead yet») или сокращенно Инди (Indy). Однако пока остается непонятным, имеет ли он отношение к долголетию человека.

В 2001 году американским ученым вроде бы удалось заметно сузить область поиска генов человека, которые отвечают за долголетие. Такие гены, по их мнению, находятся в определенном участке хромосомы 4. Хотя большинство исследователей считает, что продолжительность жизни определяется большим, порядка тысячи, числом разных генов, авторы последнего исследования не согласны с этой точкой зрения. Они изучили гены близких родственников тех людей, которых можно назвать долгожителями, и искали у них общие участки хромосом. С вероятностью 95 процентов был выявлен участок хромосомы, который содержит всего от 100 до 500 генов, среди которых должен быть и ген долголетия. Именно он был общим у участвовавших в исследовании людей. По мнению авторов исследования, после определения гена или нескольких генов, ответственных за долголетие, удастся создать лекарства для продления жизни.

Исследуя один из генов дрожжей, ученые обнаружили, что он снижает уровень поглощения калорий и замедляет скорость метаболизма в клетке, что должно приводить к замедлению процесса старения. Так возникло представление еще об одном ключе к механизму управления старением.

Другой кандидат на роль гена жизни был выявлен американскими учеными из Университета имени Джона Хопкинса. Этот ген авторы назвали в честь греческой богини судьбы Клото, одной из трех мойр, которая, согласно легендам, прядет жизненную нить человека, определяя срок его жизни. Стратегия поиска данного гена была таковой. Был проанализирован генетический материал около двух тысяч новорожденных и пожилых людей, относящихся к разным этническим группам. Наличие определенных форм гена Клото у пожилых людей сравнивали с таковым у детей. Оказалось, что среди детей две копии измененной версии гена Клото встречались в два раза чаще, чем у людей старше 65 лет. По мнению ученых, это означает, что люди, имеющие две копии дефектного гена, в среднем умирают раньше, чем те, кто имеет лишь одну копию или не имеет ни одной. Таким образом, обнаружена четкая корреляция между наличием нормального гена Клото и продолжительностью времени жизни человека.

Согласно одной из наиболее распространенных гипотез, одряхление организма представляет собой накопление гибельных ошибок и других повреждений генов, возникающих в течение жизни индивидуума в процессе деления клеток и репликации ДНК. Этот вопрос сейчас интенсивно исследуется. И вот первый результат. В геноме человека и животных найдены специальные, очень строгие гены – «сторожа». Подобно корректорам, работающим над книгой, они выискивают опечатки в тексте и исправляют их. Результат нарушения нормальной «охранной» работы этих генов в организме – быстрое старение. Уже составлен определенный список таких генов, охраняющих наш генетический аппарат от всевозможных повреждений, которые могут появиться в течение жизни. И этот список постоянно увеличивается. Ученые считают, что управление работой таких генов может способствовать продлению полноценной жизни человека. Один из примеров этого – гены, кодирующие ферменты по имени геликазы. Эти ферменты участвуют в нашем организме в таких процессах, как репликация ДНК и рекомбинации в ней. Стоит только некоторым из них ухудшить свою работу, как сразу же начинают появляться приметы старения. У человека известен синдром Вернера (молодые люди выглядят как старики), который в значительной мере связан с нарушением работы одного из генов, кодирующих геликазу.

В подтверждение тому, что повреждения ДНК ответственны за процессы, ведущие к неотвратимому старению, можно привести данные голландских ученых, которые недавно изучали мышей с дефектом одного из генов, участвующих в репарации (восстановлении) поврежденной цепи ДНК. Такие мыши характеризовались рядом различных черт раннего старения (хрупкостью костей, седой шерстью, стерильностью). Все эти явления оказались вызванными лишь мутациями в гене XPD, который у человека вызывает болезнь трихо–тиодистрофию (она проявляется в развитии хрупкости волос, замедленном росте и повышенной чувствительности к свету) и который ответственен в норме за регуляцию экспрессии генов, вовлеченных в репарацию ДНК. Мыши с дефектом в гене XPD развивались нормально, но старели слишком быстро при достижении взрослого состояния. Дополнительная мутация в этом же гене увеличивала чувствительность животных к свободным радикалам кислорода. Таким образом, эти исследования со всей очевидностью показали, что причиной нашего старения может быть последовательное накопление мутаций в геноме.

Недавно была показана вовлеченность гена, известного под именем р21, в происхождение многих болезней, традиционно ассоциируемых с преклонным возрастом. Оказалось, что белковый продукт данного гена способен влиять на активность работы около сотни других генов, многие из которых отвечают в организме за патологические изменения в кровеносных сосудах, суставах, нервных, эпителиальных и других тканях человека. В частности, мутации в гене p21 ускоряют развитие атеросклероза, способствуют злокачественному перерождению клеток. Вот вам и путь еще к одному элексиру молодости: управление активностью таких генов, как ген p21 или ген ге–ликазы, вполне способно существенно увеличить среднюю продолжительность жизни человека, а главное – улучшить ее качество.

Еще одно направление поиска ученых связано с изучением присущего нашим клеткам естественного механизма самоликвидации. Еще 120 лет назад немецкий ученый Август Вейсман писал: «Недееспособные индивидуумы не только бесполезны для вида, но даже вредны, так как занимают место дееспособных. Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, а как нечто возникшее вторично. Я полагаю, что продолжительность жизни ограничена не потому, что неограниченность противоречит природе жизни, а потому, что неограниченная жизнь была бы роскошью, не дающей никаких преимуществ».

Сейчас генетики установили, что в организме действуют программы не только на жизнь, но и на смерть. Считается установленным запрограммированность клеток на смерть. В частности, описан так называемый «лимит Хейфлика», согласно которому клетка не может делиться более 50 раз. Считается, что клетка умирает не потому, что состарилась, а потому, что сама кончает счеты с жизнью, если возникает подозрение, что она может стать потенциально опасной или просто ненужной для окружающих тканей. И такое «самоубийство» клеток (этот процесс, как уже говорилось, назван красивым словом апоптоз) запрограммировано в нашем геноме.

Когда же и за счет чего апоптоз происходит? В норме он нужен человеку с самого начала его существования для нормального формирования человека из единичной клетки – зиготы. Без апоптоза мы с вами имели бы хвосты, жабры и перепонки между пальцами. Но в результате этого процесса все рудиментарные органы безболезненно «исчезают». Кроме того, во взрослом организме благодаря апоптозу ежедневно самоуничтожаются миллиарды старых клеток, а также клеток, зараженных вирусом. Ради своих соседей, ради всего организма, чтобы не нанести ему вред, зараженная клетка самоликвидируется. Апоптоз происходит и в нормальных клетках после определенного времени их жизни в организме. Клетка по сигналу из генома умирает, и новая клетка приходит ей на смену. Например, клетки крови, потрудившись определенное время на благо человека, отмирают, а на их место поступают новые «молодые» труженики. Самоубийство клетки происходит только тогда, когда она получает специальный приказ на самоуничтожение. А отдают этот приказ особые белки, которые начинают вырабатываться в нужном месте и в нужный момент. Вся эта сложная программа строго контролируется большим числом генов: одни стоят на страже полноценных клеток, другие дают команду на уничтожение исчерпавших свой срок или подвергшихся мутациям – все старое и отжившее организму только мешает. И вот наступил момент, когда многие гены–убийцы были разоблачены. За это открытие в 2002 году трем ученым (С. Бреннеру, Дж. Сулстону и Р. Хорвицу) была присуждена Нобелевская премия.

Новые данные породили идею, которую высказал российский академик В. Скулачев: возможно, и у целого организма, как у единичных клеток, существует генетически запрограммированный механизм самоуничтожения. Однако пока обо всем этом мы мало знаем. И, тем не менее, уже начата атака на гены–убийцы клеток в надежде вмешаться в процессы старения организма. Исходя из вышесказанного, можно заключить, что один из основных принципов клетки – лучше умереть, чем ошибиться. Это напоминает самурайский кодекс чести. Не зря, видимо, один из генов, участвующих в апоптозе, получил имя HARAKIRI ( харакири).

Ведя разговор о генах и старении, нужно помнить, что в сложнейшей картине тысяч различных биохимических процессов, происходящих в клетках, каждый генный продукт может участвовать во множестве метаболических цепей. Да, изменение работы того или иного гена может действительно сказаться на продолжительности жизни человека, но при этом возможны и другие, порой непредсказуемые, последствия. Например, тот же ген р21, о котором речь шла выше, отвечает в нашем организме за то, чтобы у нас не образовывались опухоли. Заблокировав его, мы, может быть, сможем прожить на несколько десятков лет больше, но только если не умрем раньше от рака. Так что надо детально учитывать все моменты, связанные с каждым из генов, прежде чем начинать практическое вмешательство в нашу жизнь. В противном случае это будет напоминать анекдот об одном «ученом», который определял местонахождение органов слуха у таракана. Он последовательно отрывал ноги таракану и давал команду «бежать». Пока у таракана оставалась хотя бы пара ног, он пытался убежать от «ученого». Но когда у таракана ног не осталось и он, естественно, бежать не мог, «ученый» сделал вывод, что органы слуха у таракана находятся на ногах.

Все, о чем говорилось выше – пока лишь отдельные вехи на пути медицинской геномики к коррекции процессов старения. Ученые пока не претендуют на открытие источника вечной молодости, но имеют веские основания надеяться замедлить старение людей в ближайшем будущем. Сейчас очевидно, что старение, как и любая другая важная биологическая функция, обусловлено параллельным действием множества довольно сложных и пока еще плохо изученных молекулярных механизмов. Кроме того, не следует забывать, что старение нашего организма зависит не только лишь от генов. Существенную роль в определении продолжительности времени старения и наступления смерти играют многие внешние факторы, в первую очередь условия жизни, питание и образ жизни человека. Все эти факторы, так или иначе, влияют на работу различных наших генов. Несмотря на то, что многие из них оказывают вроде бы второстепенное влияние на продолжительность жизни, выяснение их природы может оказаться весьма полезным для того, чтобы научиться замедлять старение.

Мы, конечно, можем бегать по утрам и пить томатный сок, не пить, не курить, но нам все равно не удастся избежать неизбежного – смерти. Наука хоть и продвинулась далеко вперед, но все же не изобрела эликсира, подобного вину, которое выпили Мастер и Маргарита, чтобы перейти в бессмертие. Тем не менее, оптимисты считают, что если кому–то из нас посчастливится прожить еще лет тридцать–сорок, чтобы дождаться полного расцвета генной инженерии человека, то, после этого, возможно, наша жизнь продлится до 2050, 2080 или аж 2100 года. Но даже они понимают, что бессмертия достичь нельзя, также как нельзя достичь абсолютного нуля температуры, сконструировать вечный двигатель или превысить скорость света.

Следует отметить, что и без вмешательства молекулярной генетики мы постепенно превращаемся в планету с «сединою на висках». В докладе Комитета по народонаселению ООН, сделанном в 2002 году, говорится о том, что «человечество впервые в своей истории сталкивается с феноменом старения населения». Сегодня людей, уже отметивших свое столетие, на Земле около 150 тысяч. А тех, кому исполнилось 80 и больше, – 66 миллионов. По прогнозам, к 2050 году число пожилых людей в мире превысит число молодых людей. По данным ООН, в мире сегодня проживает 629 миллионов людей в возрасте свыше 60 лет. К 2050 году их станет в три раза больше: два миллиарда. В 1950 году люди старшего поколения составляли 8% населения земли. К 2000 году этот показатель увеличился до 10%. В 2050 году они будут составлять 21% населения планеты. Это самая быстрорастущая возрастная группа населения планеты.

А вообще–то задумаемся – нужно ли человеку бессмертие? Если хорошо поразмышлять, то можно и усомниться в этом. Недаром же мудрый царь Соломон отказался принять эликсир жизни, не желая жить дольше, чем близкие ему люди. А вот жить долго, причем желательно в бодром и дееспособном состоянии, действительно было бы весьма заманчивым. Лет, скажем, 150–200… Но будем помнить слова Жан–Жака Руссо: «Жить – это не значит дышать, это значит действовать. Не тот человек больше всего жил, который может насчитать больше лет, а тот, кто больше всего чувствовал жизнь». И еще высказывание Сенеки: «суть не в том, сколько лет живет человек, а как он живет». Мы ведь не просто хотим выживать, а полноценно жить.

 

ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ПИЛЮЛЯ

(фармакогеномика)

 

Некоторые лекарства опаснее самих болезней.

Сенека

 

Доктора–это те, кто прописывают лекарства, о которых мало знают, чтобы лечить болезни, о которых они знают еще меньше, у людей, о которых они не знают вообще ничего.

Вольтер

 

Когда на торжественном банкете встречаются друг с другом азиаты и европейцы, то легко заметить, что даже после первого бокала легкого вина у азиатов лица краснеют, тогда как у европейцев они практически не изменяются, может быть, только чуть–чуть розовеют. В чем же причина этого? Здесь в основе различий в реакции на алкоголь также лежит геном человека, вариабельность его и кодируемых им белков. Даже незначительные различия в геномах разных людей порой ведут к существенному изменению реакции организма на разнообразные внешние воздействия, в частности на чувствительность к алкоголю, различным компонентам пищи, а также к всевозможным лекарственным средствам.

Но все это стало понятно сравнительно недавно, хотя научная фармакология существует уже около ста лет. Считается, что началась она с синтеза теперь уже всем хорошо известного лекарственного препарата аспирина. Однако за весь прошедший век фармакологи дали практикующим врачам всего лишь около полутысячи веществ, используемых для изготовления лекарств. При этом впоследствии оказалось, что далеко не все из них обладают только лишь полезными для человека свойствами. Нередко выяснялось, что многие из лекарств могут иметь побочные эффекты, в том числе и обладать весьма токсическим действием. Понадобилось почти 80 лет, чтобы разобраться хотя бы с тем же аспирином. Оказалось, что он подавляет активность одной из разновидностей фермента циклооксигеназы, но одновременно стимулирует другую его разновидность. А вот последнее вместо лечебного эффекта приводит к кровотечениям в клетках слизистой желудка и, как следствие, к развитию гастрита. Дело зачастую в том, что большинство из существующих лекарств представляет собой чуждые для человека вещества, с которыми он практически не сталкивался ранее в природе.

Но все это только одна из проблем. Другая, не менее важная, заключается в том, что даже самые «испытанные» лекарства эффективны далеко не для всех больных. Практика показывает, что зачастую ожидаемый лечебный эффект проявляется менее чем у четверти из них. Вот почему, например, так много разных лекарств имеется в аптеках от кашля, от головной и сердечной боли. Одним помогает одно, другим – другое.

Отчасти все это связано с тем, что вплоть до настоящего времени лекарственные препараты разрабатывались и назначались к применению, пройдя чисто «популяционный» контроль, без учета возможных индивидуальных особенностей реакции организма. А между тем уже довольно давно известно, что от 10 до 40% людей не реагируют на ту или иную фармакотерапию. В чем же тут дело? Уже много лет назад было установлено, что индивидуальная вариабельность реакции организма на действие лекарственных средств может быть обусловлена генетическими факторами. Тогда же и было сформулировано понятие о фармакогенетике как о науке, изучающей влияние генетических факторов на особенности реакции организма в ответ на медикаментозное воздействие.

Успехи в области изучения генома человека создали научную базу и необходимые технологические предпосылки для дальнейшего прогресса фармакологии. И вот в результате секвенирования генома человека и совершенствования методов генетического анализа, которое произошло в ходе выполнения проекта «Геном человека», окончательно сформировалось целое новое направление – фарма–когеномика. Сам термин возник в 1997 году еще в ходе полного секвенирования генома человека. Эта новая быстро развивающаяся наука представляет собой «сплав» фармакогенетики и современных геномных технологий.

Фармакогеномика сфокусировала свое внимание на поиске новых средств лечения с учетом знания о структуре генома человека и на базе изучения генетических основ вариабельности ответа пациентов на лекарства, определяемой различиями в наследственной природе разных людей. Фармакогеномика изучает, как те или иные особенности строения нашей ДНК могут ослабить или усилить воздействие лекарств, разрабатывает тесты на выбор наиболее оптимального сочетания медицинских препаратов для лечения каждого конкретного человека. Таким образом, фармакогеномику можно рассматривать как одно из первых реальных практических приложений результатов, достигнутых участниками международного проекта «Геном человека».

Сейчас поиск новых лекарств в значительной мере отличается от того, что было вчера, а завтра, благодаря фармакогеномике, он должен стать еще более эффективным и точным (рис. 36).

Началось все с «трудов» средневековых алхимиков, когда они пытались найти и создать элексир вечной молодости. Поиск шел в природе, в ее естественных продуктах. Один из подходов, применяемых в недалеком прошлом и не потерявших свою актуальность даже сейчас, – использование в качестве лекарственных средств тех естественных продуктов человеческих клеток, которые способны сами защищать организм от всевозможных патологий. Таких «защитников» довольно много в нашем организме, но не всегда их хватает для борьбы с патологическими процессам. Можно использовать не сами белки–защитники, а некие их усовершенствованные формы. Примером этому может служить путь, по которому шли российские ученые во главе с членом–корреспондентом РАН Н. Ф. Мясоедовым при создании уникального медицинского препарата «Семакс». По своим свойствам – это нейропептид. Обычно нейропептиды вырабатываются клетками нервной ткани и представляют собой, как правило, короткие аминокислотные последовательности, которые обладают высокой эффективностью и выраженной направленностью действия даже при условии их очень малой концентрации. «Семакс» был создан в результате анализа действия различных производных адре–нокортикотропного гормона на такие фундаментальные функции мозга, как обучение и память. Выяснилось, что пептид, состоящий всего из четырех аминокислот, входящих в состав этого естественного гормона человека, вмешиваясь в нарушенное управление больной клетки, способен восстанавливать ее нормальное состояние. Далее на один из концов этого пептида были искусственно добавлены три специфические аминокислоты, которые защищают его от быстрого разрушения в организме. И в результате появился медицинский препарат нового поколения, который сейчас все шире и шире используется в медицинской практике при лечении травм головного мозга, инсульта и расстройств памяти.

Еще недавно большим достижением считалось «плясать» от конкретного гена. И действительно, это стало весьма важным этапом на пути создания эффективных лекарственных средств. Но теперь

 

 

Рис. 36. Схема, иллюстрирующая в общем виде эволюцию основных путей создания лекарственных средств

 

основные эффективные пути поиска новых лекарственных средств уже базируются на знаниях о полной структуре генома человека, с переходом на знания о структуре всех белков человека (его протео–ма). Секвенированный геном человека стал «путеводной книгой» для фармацевтических компаний. Появилась, как иногда говорят, «единственная в жизни» возможность идентифицировать все человеческие гены–мишени. Это одна из основных причин, почему вокруг нее ведутся жаркие баталии между двумя основными исполнителями проекта «Геном человека». За все времена до секвенирования генома человека было определено лишь около 500 молекулярных мишений, на которые направлено действие лекарственных веществ. Теперь, благодаря успехам в геномике человека, ожидается десятикратное увеличение таких мишений (по разным оценкам, общее их число у человека может составлять от 5000 до 10000).

Фармакогеномика осуществляет поиск новых мишений на базе двух китов – секвенированной нуклеотидной последовательности ДНК человека и компьютера. Подробнее мы поговорим об этом в главе по биоинформатике. Здесь отметим лишь несколько подходов.

Среди новых генов, обнаруженных в ходе полного секвенирова–ния генома, сейчас осуществляют активный поиск тех, которые имеют структурное сходство с ранее выявленными генами–и белками–мишенями. Например, известной мишенью для лекарств являются белки, обладающие свойствами протеаз, – ферментов, расщепляющих другие белки. Сейчас уже предсказано существование у человека около 1000 белков с такими свойствами (вот и 1000 новых потенциальных мишеней!).

Другой подход – анализ все тех же уже многократно упоминавшихся снипсов. Изучение вариаций в геноме позволяет осуществлять направленный поиск генов, ответственных за определенные заболевания человека, которые ранее не рассматривались как гены–мишени.

С помощью компьютеров осуществляют также отбор среди имеющихся в распоряжении человека миллионов различных химических соединений тех, которые способны специфически взаимодействовать с определенными белками–мишенями, определяющими развитие того или иного заболевания.

Важнейшее направление в фармакогеномике – перевод медицины на рельсы персонифицированного лечения. К настоящему времени уже накопилось большое количество информации о генах, которые влияют на процессы всасывания, распределения, метаболизма и выведения лекарственных средств. В связи с полиморфизмом таких генов у некоторых пациентов лекарственные препараты могут быть неэффективными или даже оказывать токсическое воздействие. Известно, например, что в норме у различных групп исследуемых людей скорость удаления (элиминации) лекарства из организма может отличаться от 4 до 100 раз. Одним из комплексов генов, определяющих метаболизм лекарственных препаратов, являются гены системы цитохрома Р450. Скорость метаболизма лекарств у людей с разными изменениями этих генов отличается в сотни раз. Это указывает на то, что у отдельных индивидуумов возможно развитие побочных реакций в ответ на прием лекарственных препаратов даже в обычных (официально рекомендованных) дозах.

По данным Американской медицинской ассоциации, в США в 1994 году развитие побочных реакций явилось причиной госпитализации 2 млн. человек. В настоящее время почти семи миллионам американцев в возрасте 65 лет и старше прописываются лекарства, которые им не совсем подходят. Хуже того, по мнению экспертов, около одного миллиона проглоченных ими таблеток им вообще не следовало бы принимать. В последние годы побочные реакции на прием лекарственных препаратов постоянно занимают 4–е – 6–е место среди причин смерти в США. По некоторым оценкам, из–за неблагоприятных реакций на сильнодействующие лекарственные средства ежегодно в мире умирают до 100 тыс. человек.

Важное значение для решения этих проблем имеет изучение особенности структуры не только генов, детерминирующих метаболизм лекарственных средств, но и ряда других, на первый взгляд, совершенно незначительных различий, которые имеются в геномах разных индивидуумов. В частности, восприимчивость и реакция человека на те или иные лекарства в ряде случаев тесно связана с уже упоминавшимися снипсами. Так же, как эти «незначительные» вариации в геноме определяют разницу в подверженности людей к определенным видам заболевании, с ними зачастую ассоциированы и различия в результатах, наступающих у конкретного человека после принятия определенного лекарства. Приведем один пример. Астматики часто используют лекарство албутерол, который взаимодействует с рецептором адреналина и подавляет приступ удушья. Однако из–за разнообразия гаплотипов людей лекарство действует не на всех, а некоторым больным оно вообще противопоказано. Выяснилось, что это связано со снипсами в одном из генов: люди с последовательностью букв ТЦТЦЦ не реагируют на албутерол, если же концевой цитозин заменен на гуанин (ТЦТЦГ), то реакция есть, но частичная. Для людей же с тимином вместо концевого цитозина в этом участке – ТЦТЦТ – лекарство токсично!

Теперь фармацевтические компании планируют использовать все эти данные для производства определенных лекарств, предназначенных различным группам пациентов. В конечном итоге это поможет устранить побочные реакции от лекарств, точнее понять механизм их действия, а в результате снизить миллионные затраты. В частности, генотипирование лекарственной устойчивости сможет привести к более эффективной и безопасной химиотерапии у каждого конкретного пациента, больного раком. На практике лечение рака обычно носит эмпирический характер и основано скорее на клинических данных, чем на понимании механизмов чувствительности к химическим агентам. Например, для лечения раковых больных сейчас широко используется препарат цисплатин. Но он далеко не всегда оказывается эффективным. Проведенные исследования выяснили, что формирование резистентности к этому препарату обеспечивают два гена нашего организма – MGMT и MLH1. Продукты этих генов в норме препятствуют развитию опухоли. У конкретного индивидуума данные гены могут не работать по ряду причин, например, в результате химической модификации, получившей название метилирование. Появление метильных групп в определенных участках этих генов приводит к их выключению (инактивации). Получая ДНК из сыворотки больных в ходе лечения, можно анализировать степень модификации вышеуказанных генов и таким образом определять целесообразность использования цисплатина для химиотерапии конкретных пациентов.

Другим примером использования фармакогеномики в клинике может служить изучение действия азотиоприна при лечении лейкемии и некоторых аутоиммунных заболеваний. Азотиоприн разрушается в клетках специальным ферментом. Если соответствующие гены работают плохо, то лекарство постепенно накапливается в организме и вызывает острые нарушения в костном мозге. Таким образом, из лекарства оно может превратиться в яд. В этих случаях рекомендуется или уменьшать его дозу, или использовать альтернативную терапию.

Наконец, такой показательный пример. Для лечения рака груди сейчас существует множество средств. Врач обычно на практике выбирает, порой чисто интуитивно, какое–то одно, а потом наблюдает за реакцией организма на их прием. Фармакогеномика обещает сделать выбор нужного препарата намного более быстрым и точным. Теперь известно, что около четверти пациенток с раком груди относится к уникальной генетической группе, обладающей так называемой «сверхвыраженностью Her2». Сделав несложный анализ для таких больных, врачи могут прописывать лекарство, специально разработанное для того, чтобы блокировать вредные белки, образующиеся в организме с этой генетической вариацией. Такой способ повышает выживаемость пациенток на 25 процентов.

По данным «Журнала американской медицинской ассоциации», почти семи миллионам пожилых американцев – примерно двадцати процентам живущих в стране людей в возрасте 65 лет и старше – прописываются лекарства, которые им не совсем подходят. Это еще один из аспектов фармакогеномики. Дело в том, что врачи подчас не учитывают возрастных изменений, происходящих в организме в процессе старения.

Не вызывает сомнения, что в результате обнаружения новых генов и последующего выяснения их точных функций будут созданы специальные тесты (например, в виде микрочипов) для определения персональных реакций организма на различные лекарственные препараты. Для разработки таких диагностических тестов в первую очередь необходимо обнаружить тот ген или тот «профиль» снип–сов, который и позволяет предсказать реакцию организма на действие определенного лекарственного средства. Сравнение ДНКовых текстов пациентов с разной реакцией на одно и то же лекарство позволит также осуществлять поиск соответствующих генов без всякого знания об их участии в биохимических процессах.

Хотя разработанные в настоящее время тесты еще несовершенны, нет сомнения, что хорошие фармакогеномные тесты будут созданы в самые ближайшие годы. И тогда благодаря им появится возможность определить вероятность возникновения у конкретного человека побочных реакций, развивающихся в результате применения определенного лекарственного препарата или группы лекарственных средств. Для практического применения врачами таких тестов необходимо, чтобы они отвечали ряду требований: дешевизна, точность, простота в использовании.

Можно представить себе микрочипы недалекого будущего, на которые будут нанесены все известные гены, определяющие типы реакции на то или иное лекарственное средство. Это изменит полностью сам характер фармацевтической промышленности. Из изготовителей стандартной продукции и продавцов «универсальных» лекарств фирмы превратятся в поставщиков высококачественных медицинских услуг с выгодой как для себя, так и для экономики здравоохранения в целом. А конкретный пациент может оказаться в большем выигрыше за счет более точного назначения «индивидуальной пилюли» с улучшенными свойствами.

Нет сомнения, что фармакогеномика способна революционизировать процессы поиска генов и белков–мишений, а также создания лекарств и тестов на восприимчивость к ним, разработать схемы правильного применения различных медицинских средств. В широком смысле речь идет о создании на ее основе индивидуализированной (персонифицированной) медицины – медицины будущего. По словам доктора Сьюзен Хеллманн, руководящей медицинским отделом в биотехнической фирме Genentech, «это примерно то же, как если бы раньше мы работали топором, а сейчас собираемся заменить его на скальпель».

Согласно прогнозам американской консалтинговой компании «Front Line Strategic Management Consulting», к 2010 г. благадаря использованию фармакогеномики произойдет сокращение расходов на лечение больных в США приблизительно на 1 млрд. долларов. В результате применения тестов на снипсы для предварительного скрининга пациентов в отношении реакции организма на определенный лекарственный препарат более чем на 32% повысится эффективность медикаментозного лечения и на 25% сократится число побочных реакций.

 

⇐ Предыдущая28293031323334353637Следующая ⇒

Поделиться: