Узкие окна с витражами, выходящие в квадратный двор с зеленой лужайкой посередине, старинная мебель из дуба, два кресла у широкого низкого подоконника – все это привело Веру Горбунову в состояние благоговейного восторга. Она погладила рукой поверхность комода, потом села в кресло, наблюдая в окно за редкими фигурами, пересекающими лужайку. Впрочем, она их и не видела, просто наслаждалась поглощающим уютом комнаты и зеленью снаружи.
«Кто знает, может, в этой комнате или рядом за стеной когда-то останавливался сам Дарвин…» – Она закрыла глаза и погрузилась в приятную полудрему – сказывался трансатлантический полет.
Ее сон нарушил муж Андрей, который ворвался в их номер и с порога выкрикнул:
– Ты не представляешь, как потрясающе выглядит Куинс-колледж, старая его часть! – Они, конечно, заранее знали, что отправляются в один из самых старинных колледжей в Кембридже, но одно дело знать, а другое – увидеть и почувствовать.
– Уверен, что ты не знаешь всех, кто здесь учился, – торжествующе продолжал Андрей. – И не в незапамятные времена, а совсем недавно. Я только что пролистал Книгу.
Вера уже окончательно проснулась и поглядела на мужа мягко-насмешливо.
– И?
– Твои любимые английские актеры: Стивен Фрай, Эмма Томпсон, Хью Лори… В этом колледже обучают актерскому мастерству.
– Ну с ними нам точно не тягаться…
Вера Горбунова и Андрей Силуанов были супругами и коллегами, они вместе руководили лабораторией в Университете Рочестера на северо-западе США. Оба впервые приехали на SENS, приняв приглашение Обри ди Грея, которого практически не знали. Зато знали некоторых других гостей, и ближе всего – Роберта Риса, известного своими экспериментами по многократному продлению жизни кольчатым червям – нематодам. Он-то и уговорил их приехать, обещая, что будет очень интересно. Вера и Андрей собирались выступить с двумя докладами, которые должны были стать если не гвоздем конференции, то по крайней мере ее «изюминкой».
Занимались они изучением «нестареющих видов» животных, и прежде всего грызунов, среди которых был «великий и ужасный» загадочный голый землекоп. Единственное в природе млекопитающее, никогда не болеющее раком, не подверженное старению и живущее по крайней мере в 10 раз дольше родственных видов.
Лаборатория в Рочестере, где трудились Вера и Андрей, напоминала живой уголок, и их дети часто после школы забегали туда, чтобы поиграть с забавными зверьками. Там были, конечно, мышки, но еще и шиншиллы, белки, бурундуки, дикобразы и совсем экзотические зверюшки, которых дети нигде прежде не видели.
Все эти животные, несмотря на столь разный облик, были родственниками и относились к отряду грызунов, и это имело ключевое значение для уникального исследования, которое проводили Горбунова и Силуанов. В самом начале они поставили перед собой задачу выявить зависимость между массой тела и средней продолжительностью жизни каждого вида и понять механизм долгожительства.
Первые результаты, казалось бы, не показали ничего интересного: в целом, чем тяжелее животное, тем дольше оно живет, но в этом правиле обнаружились любопытные исключения. Например, белки: весят не очень много, а живут чуть ли не дольше всех своих собратьев. Или «маленькая кротовая крыса» – у нее соотношение массы тела и продолжительности жизни оказалось совершенно непропорциональным.
Вот как выглядела общая таблица:
Песчанка – 53 г/6 лет;
Олений хомяк – 20 г/8 лет;
Мышь – 30 г/4 года;
Крыса – 400 г/5 лет;
Бурундук – 96 г/10 лет;
Шиншилла – 640 г/17 лет;
Морская свинка – 728 г/12 лет;
Лесной сурок – 5000 г/14 лет;
Нутрия – 7850 г/9 лет;
Выхухоль – 1360 г/10 лет;
Капибара – 55 000 г/15 лет;
Дикобраз – 8600 г/23 года;
Бобр – 20 250 г/24 года;
Белка – 530 г/24 года;
Кротовая крыса – 35 г/25 лет.
Участники SENS с огромным интересом рассматривали слайды, которые показывала Вера. И изображения (живая природа вместо бесконечных серых генетических панелей), и сама докладчица (обаятельная молодая женщина с вьющимися волосами, заплетенными в косу) способствовали некоторому расслаблению. И они чуть было не упустили поворотный момент доклада и самого открытия. Те, кто не знал, конечно.
Исследователи обнаружили причину такого несоответствия маленькой массы тела и большой продолжительности жизни некоторых грызунов. Оказывается, эти животные, в отличие от своих более крупных сородичей и человека, обладают особыми свойствами, которые предотвращают у них появление рака.
– Ученые не сталкивались с таким феноменом раньше, – объяснила Вера, – поскольку все исследования в фундаментальной онкологии проводятся в основном на мышах, либо уже объектом становится человек, но ни у тех, ни у других такого механизма нет. Он требует более подробного изучения, и мы надеемся, что это поможет созданию лекарства от рака.
Исследуя грызунов, Горбунова и Силуанов обнаружили массу любопытных деталей – например, теломераза активна на протяжении всей жизни только у мелких особей. Но это, оказывается, нисколько не объясняет различия в продолжительности жизни. Мыши, у которых теломераза активна, живут от 2 до 4 лет, а белки – 25! При этом активность теломеразы, которая способствует делению клеток, не мешает белкам счастливо избегать рака. Настоящий ребус…
Ученые выдвинули гипотезу, что в организме этих животных существует строгий внутренний контроль за делением клеток, которые очень чувствительны к сигналам от окружающих тканей и могут сами «принять решение», стоит ли им делиться в данный момент. Подробное изучение этих механизмов требовало еще многих месяцев работы, но сам факт их наличия уже был сенсацией. Статья с результатами исследования была опубликована в 2008 году в журнале Aging Cells и сразу сделала Веру и Андрея знаменитыми.
Это был первый настоящий триумф, который наступил в их карьере довольно рано. Они объясняют это тем, что «являются абсолютным продуктом» американской науки – в середине 90-х, сразу после окончания биофака Ленинградского университета, они оба уехали из России и продолжили учебу в Институте Вейсмана в Израиле. В 2001 году перебрались в США, в Бейлорский медицинский колледж в Хьюстоне. К тому времени они официально получили квалификацию в нескольких областях: «биология», «молекулярная биология», «науки о жизни», «биология старения», «репарация ДНК», «геномика». С таким набором можно было начинать самостоятельные исследования, что они и сделали в 2004 году, получив профессорские должности в Университете Рочестера. После отъезда и до 2012 года они ни разу не приезжали в Россию.
– Действительно, мы продвигались довольно быстро и легче, чем другие наши соотечественники, – объясняла Вера многочисленным журналистам, которые отреагировали на публикацию о продолжительности жизни грызунов. – Мы переехали такими юными, что нам не нужно было перестраиваться, тратить время на освоение других образовательных методик. Мы были на том же уровне, что и остальные американцы, а возможно, имели небольшое преимущество – фундаментальное образование.
На SENSe, после их вечернего доклада, обсуждение перенеслось в большой зал, где были вывешены постеры. (Обри считал, что участники должны постоянно получать информацию и практически на давал своим гостям свободного времени. Время для постеров наступало после ужина, правда, при наличии практически неограниченного количества вина и пива.) Вокруг Веры и Андрея образовалась довольно большая группа, и на повестке стоял один вопрос – куда двигаться дальше. Как разгадать этот противораковый механизм? Ответ был: взяться «как следует» за изучение голого землекопа, этого внешне уродливого зверька, который, по мнению многих, хранил не только тайну защиты от рака, но и тайну бессмертия. Была одна проблема – чтобы «взяться», нужно было расшифровать его геном, что по тем временам стоило еще довольно дорого, и ни одной из научных групп не удалось получить грант на такой проект.
Голый землекоп – не единственное существо, которое живет, по выражению кого-то из участников постерной сессии, засидевшихся далеко за полночь, «непозволительно долго». В природе известны «нестареющие виды», и некоторые из них жили так долго, что истории наблюдений за ними не хватало, чтобы определить максимальный возраст. Считалось, что они бессмертны, хотя наука придумала – а точнее, американский ученый Калеб Финч придумал – для этой ситуации более осторожный термин – «пренебрежимое старение» (именно это выражение использовал Обри ди Грей, формулируя свою «инженерную стратегию»).
В 2001 году Калеб Финч и его коллега Стивен Остед определили критерии для отнесения конкретного вида к этой категории: отсутствие увеличения темпа смертности и заболеваемости с возрастом, после полового созревания, сохранение темпа размножения и ряд физиологических показателей. Такие существа должны стареть так медленно, что зафиксировать какие-либо возрастные изменения было бы практически невозможно. После выявления многих видов животных, обладающих пренебрежимым старением, ученые на основании статистических данных пришли к выводу о том, что такой феномен есть и у людей, доживших примерно до 90-100 лет.
Как оказалось, «нестареющих» животных в природе довольно много: алеутский морской окунь (максимально зафиксированная продолжительность жизни 205 лет), пресноводная жемчужница (более 200 лет), некоторые виды черепах (138 лет), морской еж (200 лет), двухстворчатый моллюск исландская циприна (400 лет). Ну и «потенциально бессмертные» животные – гидра, медуза Turritopsis nutricula (большинство медуз после репродуктивного цикла умирает, а эта возвращается к стадии полипа, повторяя этот цикл бесконечное число раз, что делает ее потенциально бессмертной). Еще в природе существуют антарктические губки, возраст которых оценивается от 15 до 23 тыс. лет.
Присутствие по соседству с нами таких животных наполняет оптимизмом сторонников радикального продления жизни – если в принципе в природе такое происходит, то, значит, теоретически такие механизмы можно перенести на человека. Правда, есть одно НО: среди «нестареющих видов» нет млекопитающих, наиболее близких к нам по анатомии, физиологическим параметрам и генетике.
И с этой точки зрения голый землекоп (по-английски – naked mole rat) оказался самой подходящей моделью для изучения. Не только потому, что при своей небольшой массе он живет очень долго – около 30 лет, но и потому, что даже к концу жизни не обнаруживает признаков старения. Ученые-зоологи давно обратили внимание на этих необычных зверьков, обитающих в основном в Центральной и Восточной Африке. Прежде всего привлекло их социальное устройство, уникальное для млекопитающих, – у них существует строгая иерархия, как у муравьев или пчел. Во главе колонии, как правило, где-то в глубине пещеры обитает единственная самка-производительница, на которую работают и которую защищают (например, от змей) «рабочие» и «солдаты».
На этом удивительные свойства землекопов не заканчиваются: они не имеют волосяного покрова, не чувствуют боли (например, ожога кислотой), могут долго обходиться без кислорода и не способны поддерживать постоянную температуру тела, которая колеблется в зависимости от внешних условий. Но они «исправляют» это неудобство, греясь либо друг о друга, либо иногда выползая к поверхности норы поближе к солнцу.
Все эти наблюдения долгое время были привилегией зоологов, пока с течением времени не обнаружилось, что они для своей родственной группы являются долгожителями, более того – ничем не болеют и сохраняют репродуктивные способности.
В 1980 году в Кению отправилась экспедиция, которую возглавили две женщины – Дженни Джарвис и Рашель Буффенштайн. Они начали изучать биологические особенности голых землекопов и привезли первую колонию этих зверьков в Америку. Буффенштайн посвятила наблюдениям за этими животными всю свою жизнь, и во многом благодаря ей сведения о голых землекопах можно считать достоверными. В том числе и срок жизни.
В декабре 2010 года в ее лаборатории в Хьюстоне был объявлен настоящий траур: уборщица, вошедшая рано утром в специально устроенный для землекопов виварий, обнаружила одного из них мертвым. Его звали Old Man, и он был из первой партии животных, доставленных сюда в 1980 году. Забирая его в Америку, они не могли определить возраст, но можно было точно утверждать, что в момент смерти ему было не менее 32 лет.
– Мы даже не поняли, отчего он умер, – первое, что говорила Рашель, отвечая на бесконечные телефонные звонки: весть о смерти самого старого землекопа мгновенно облетела биологов. – Мы даже не отмечали у него явных признаков старости. Ну, может быть, небольшая потеря мышечной массы в последние года два… В момент смерти он был главным (доминирующим самцом) в колонии, который первым получал доступ к пище, спаривался…
И в самом деле, внутренние органы зверька-долгожителя остались такими же здоровыми, как и у его молодых собратьев, и на тот момент исследователям оставалось только одно объяснение: смерть, судя по всему, произошла из-за заложенного эволюцией гена, призванного помогать обновлению поколений.
Очень скоро после этого печального случая произошло событие, о котором так мечтали исследователи старения, – геном голого землекопа был расшифрован.
«Это вам даже не Пелевин!» – прокомментировал результаты один из руководителей исследования – американский ученый (снова!) русского происхождения Вадим Гладышев, профессор медицинской школы Гарвардского университета.
«Операция» по расшифровке генома была разработана во всех деталях, в ней участвовало несколько лабораторий из разных стран и более десятка исследователей. Сам объект был доставлен из Университета Чикаго, образцы для исследований готовил непосредственно Гладышев в своей лаборатории в Бостоне, а вот само секвинирование (расшифровка) было сделано в Китае в Центре Шэньчжэне. Можно догадываться, что таким образом исследователи сэкономили значительную часть средств – секвинирование в Америке обошлось бы им в разы дороже. Затем в Бостоне и Сеуле провели сравнительные эксперименты с геномами других животных.
Выдержки из отчета (даже не Пелевин!):
«Геном голого землекопа состоит из 2,7 миллиардов нуклеотидов (азотистых оснований, составляющих ДНК), что примерно соответствует размеру генома человека и других млекопитающих. Геном землекопа на 93 % совпадает с геномом человека и мышей.
Анализ генетического текста позволил выяснить родственные связи землекопа. Последний общий предок голого землекопа и мышей существовал около 70 миллионов лет назад, а общий предок землекопа и кролика – около 90 миллионов лет назад.
Всего в геноме землекопа присутствуют 22,6 тысячи генов – фрагментов ДНК, управляющих синтезом того или иного белка. При этом 96 групп генов оказались уникальными именно для этого существа – они не встречались ни у крыс, ни у мышей, ни у людей.
Пытаясь выяснить механизмы старения, ученые сопоставили генетические черты новорожденного, зрелого (четырехлетнего) и старого (20-летнего) землекопа. Оказалось, что у этих существ, в отличие от других млекопитающих, с возрастом очень мало меняется режим работы генов.
Например, в геноме человека были найдены 33 гена, которые постепенно выключаются в клетках мозга со старением, и 21 ген, наоборот, включающийся в работу. У землекопа 32 аналогичных гена никак не меняют свою работу с возрастом, а два гена меняют режим работы в противоположную сторону. Подобные расхождения были отмечены также при сопоставлении генетических изменений при старении у землекопов и мышей».
Кроме того, группа Гладышева смогла раскрыть генетические механизмы, стоящие за некоторыми уникальными особенностями землекопа. Например, почему это единственное млекопитающее отказалось от теплокровности и не поддерживает постоянную температуру тела?
Гладышев и его соавторы выяснили, что у голого землекопа в одном из белков, отвечающих за терморегуляцию у млекопитающих, изменились несколько аминокислот, что и привело к изменению термостата.
Гладышев рассчитывал найти генетические изменения, связанные с тем, почему они не чувствуют боль от кожных ожогов и никогда не испытывают зуд.
– Мы нашли-таки ген, который отвечает за производство пептида (короткой белковой молекулы), связанного с чувством боли. Значит, этот пептид не полностью отсутствует, но в коже он не синтезируется, – объяснял Вадим Гладышев.
Генетический анализ дал ответ и на другой вопрос: почему землекоп голый. Исследователи «увидели» такую же мутацию, что приводит к появлению «лысых» крыс. Они также нашли генетические изменения, которые позволяют землекопу долгое время жить при дефиците кислорода.
Статья Гладышева и соавторов была опубликована в журнале Nature, что означало высшее признание работы. Она открыла путь другим ученым в поиске ответов на два главных вопроса: почему голый землекоп не болеет раком и почему он не стареет. В интервью сайту журнала Гладышев сказал следующее: «Мне кажется, в настоящее время для изучения конкретного организма знание генома так же полезно, как, например, теория эволюции для биологии. Это и основа, на которую всё нанизывается, и система для изучения. В этом плане голый землекоп ничем не отличается от других организмов. Странно только, что геном такого интересного млекопитающего не был определен раньше».
Вера и Андрей продолжили свои исследования, опираясь уже на эти новые знания. Они снова начали работать с клетками животных и обнаружили интересную особенность: клетки человека, мыши и большинства млекопитающих растут и делятся до тех пор, пока не сталкиваются с соседними клетками. Такой контакт вынуждает их либо прекратить деление, либо они просто гибнут. Либо образуются скопления клеток, некоторые из которых перерождаются в раковые. Но клетки голого землекопа вели себя совершенно по-другому – они прекращали рост и деление гораздо раньше, чем клетки мышей, не вступая в контакт друг с другом. Это было очень странно. Тогда Вера и Андрей решили искусственно спровоцировать рост клеток землекопа и потерпели неудачу. Поместив их в питательную среду, они через несколько дней увидели, что клетки превратили жидкость в густой сироп.
«Мы должны во что бы то ни стало выяснить, что это такое», – Вера никак не могла успокоиться, она чувствовала, что они близки к разгадке.
Вся лаборатория работала день и ночь, посменно. В свою «смену» молодой постдок Кристофер Хайн приблизительно определил структуру этого вязкого сиропа, препятствующего росту клеток землекопа. Вещество состояло из цепочечных молекул, очень знакомых, напоминающих что-то – они все пытались вспомнить что.
«Да это же гиалуроновая кислота, молекулами которой наполнено наше тело!» – Вера и Андрей не могли поверить в такую удачу. Это было так просто! Исследовав вещество, которым было заполнено межклеточное пространство землекопов, Горбунова и Силуанов обнаружили, что грызуны производят пятикратное по сравнению с человеком количество гиалурона, но кроме того это была высокомолекулярная форма гиалуроновой кислоты. Теперь оставалось выяснить главное: могут ли такие длинные молекулы избавить грызунов от рака. Они добавили в популяции клеток землекопов специальные ферменты, которые должны были разрушить гиалуроновую кислоту, и стали ждать. Клетки начали расти – точно так же, как и мышиные. Исследователи продолжили эксперимент и «выключили» у землекопа ген, отвечающий за образование гиалуроновой кислоты, и одновременно ввели вирус, вызывающий рак. Прежде эта вторая манипуляция не давала эффекта, но теперь у землекопов начали образовываться раковые клетки. Значит, именно кислота играет главную роль.
Они сформулировали гипотезу: одно из объяснений антираковой устойчивости голого землекопа заключается в том, что клетки при попытке бесконтрольного деления просто увязают в веществе межклеточного пространства и не способны образовать опухоль. Гиалуроновая кислота блокирует размножение клеток и удерживает их на месте – таким образом она может остановить развитие злокачественной опухоли на очень ранней, предраковой стадии.
Хотя, возможно, одного этого недостаточно, и кроме того, исследователи не получили объяснения «вечной молодости» грызуна:
– У нас есть одна гипотеза: гиалуроновая кислота способствует долголетию, защищая клетки от стресса, но это предмет будущих исследований. Так же, как использование этих новых знаний в медицине. Возможно, повышение содержания гиалуроновой кислоты у людей с высоким риском рака способно предотвратить его развитие. Как это сделать? От простых инъекций до влияния на работу разлагающих ее ферментов при помощи простых молекул.
Статья, опубликованная в том же Nature, вызвала подлинную сенсацию. Это открытие пытались использовать даже косметические салоны, где, как известно, гиалуроновая кислота является основным компонентом для омолаживающих кожу инъекций.
– К защите от рака это никакого отношения не имеет, – отбивалась Вера от глянцевых журналов. Чего-чего, а подобной реакции они совершенно не ожидали. – В организме среднего человека весом 70 килограмм содержится всего лишь 15 грамм гиалурона, треть из которых ежедневно обновляется, то есть распадается и синтезируется вновь. С годами выработка гиалуроновой кислоты резко сокращается, из-за чего кожа теряет упругость, появляются морщины и дают о себе знать заболевания суставов. Кроме того, речь идет о низкомолекулярной форме, а организм голого землекопа вырабатывает более эффективную высокомолекулярную.
– И все-таки такое огромное количество гиалуроновой кислоты способствует тому, что кожа у землекопов очень мягкая и эластичная и практически не стареет, – говорил Андрей журналистам, поглаживая маленького уродца с двумя клыками, торчащими вперед.
После статьи в Nature Горбунова и Силуанов получили грант Национального института старения США в размере 9,5 миллионов долларов на исследование факторов, влияющих на продолжительность жизни и долголетие у различных видов грызунов. Целью является создание в будущем технологий продления жизни у человека. Вера и Андрей стали организаторами этого проекта, в котором участвуют также группы профессоров Вадима Гладышева из Гарварда и Яна Вайга, руководителя отдела генетики Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна из Нью-Йорка. Проект стартовал в 2014 году, и сейчас его участники пытаются вывести мышь, которая будет иметь ген голого землекопа, позволяющий произвести «нужную гиалуроновую кислоту в нужном количестве». Тогда эта мышь будет защищена от рака и будет жить гораздо дольше. Если этот эксперимент окажется удачным, исследователи попробуют использовать эту технологию в клинике.
А ведь всего за пять лет до этого в «постерном пабе» Куинс-колледжа они спорили о том, когда же расшифровка генома голого землекопа станет реальностью…