В начале 1960-х, исследуя механизмы развития рака, он обнаружил, что нормальная клетка способна разделиться не больше чем примерно пятьдесят раз: в засеянных культурах количество клеток за десять месяцев увеличивалось вдвое, а затем клетки неожиданно погибали. Удивленный и заинтригованный Хейфлик с ассистентом Полом Мурхедом успешно повторил опыты, после чего отправил нескольким коллегам-скептикам образцы с указанием дня и часа, когда клетки начнут гибнуть. «Нашим предсказаниям, разумеется, никто не поверил, но как только телефон стал разрываться от добрых вестей — образцы перемерли точно в срок, — мы решили не медлить с объявлением», — вспоминал впоследствии Хейфлик.
Открытое им явление получило известность как репликативное старение клеток. Самое любопытное в этом процессе — его эволюционный возраст: репликативное старение существует больше миллиарда лет; оно проявляется совершенно одинаковым образом у дрожжевых грибков и в некоторых клетках человеческого организма. Скажем, образцы наших фибробластов — соединительной ткани, помогающей, в частности, заживлению ран, — можно некоторое время успешно размножать в чашке Петри. Но затем неизбежно наступит момент, когда они прекратят делиться и умрут.
Отчего так? Это, по всем признакам, связано с повреждениями ДНК, содержащейся в клеточных ядрах. «Часовым механизмом» старения наших клеток служат тело-меры — вереницы повторяющихся последовательностей кислотных молекул на концевых участках всех хромосом. Теломеры не дают хромосомам «склеиваться» друг с другом, но при каждом очередном делении клетки они воспроизводятся в неполном, укороченном виде. В итоге, когда теломеры достигают определенной степени износа, клетка погибает. Точные подробности этой механики неизвестны, но она играет ведущую роль в борьбе против рака.
Соблазн состоит в том, что ученые знают способ воспрепятствовать репликативному старению. Раковые клетки содержат специальный фермент теломеразу, который достраивает теломеры до полной длины в каждом репликативном цикле. Это позволяет клеткам делиться без удержу, из-за чего злокачественные опухоли прогрессируют так стремительно. Укорачивания теломер можно избежать, если здоровые клетки будут сами синтезировать теломеразу. А они это могут.
В начале 1998 года научно-исследовательская группа корпорации «Джерон» из Кремниевой долины под руководством Андреа Боднар сообщила о результатах имплантации в человеческую клетку гена, инициирующего синтез теломеразы. На момент публикации в журнале «Сайенс» подопытные клеточные культуры, прожив вдвое дольше контрольных, по всем характеристикам выглядели как свежие. Словно собственное производство теломеразы избавило их от проклятья репликативного старения и наделило полным бессмертием.
Да только ни одно мыслящее существо не захочет бессмертных клеток в собственном теле: ведь они почти наверняка будут стремиться разрастись в опухоль. Таким образом, укорачивание теломер обременяет нас старостью, но дает взамен защиту от рака. Это относится и к другой форме программируемой клеточной смерти: апоптозу.
Апоптоз проявляется как реакция на химические сигналы. Вирусная инфекция, механическое повреждение или обычный стресс организма стимулируют каскад сигналов, воздействующих на секрецию гормонов роста или снабжение клетки кислородом. Все эти факторы могут дать ей команду умереть: ферменты, называемые каспазами, инициируют разрушительный процесс, и в результате клетка как бы удушает и пожирает сама себя. Вместе с тем апоптоз — одна из важнейших основ онтогенетического развития: без него, например, на конечностях эмбриона не обособятся пальцы. Но если процесс нарушается, позволяя клеткам жить вечно, это может вызвать рак.
Тактическая задача онкологов гораздо сложнее, чем получение вечно живой клетки. Где-то совсем близко кроется дразнящая тайна. «Возможно, всего лишь в одном шаге от проклятья неумирающих раковых клеток, — писали авторы обзорной статьи о раке и старении в августовском выпуске „Нейчур“ 2007 года, — лежит разгадка всех проблем постижения и продления сроков нашей жизни». Но обольщаться насчет панацеи пока рано: что касается глубинных механизмов рака и старения, констатируют авторы, «большинство фундаментальных вопросов не находят ответов».
Итак, в нашем распоряжении остаются две жизнеспособных, но противоречащих друг другу теории старения. По одной процессами старения управляет «генный переключатель», который мог развиться только вследствие репродуктивного обмена. Согласно другой — для единомышленников Хейфлика — старение это просто результат накопления дефектов. Клетки изнашиваются и гибнут из-за повторяющихся сбоев в ремонте и окончательной деградации. То есть дело не в генетике, а в неумолимом беге времени.
Кто же прав? Если строго придерживаться научных фактов — ни один из двух станов. Множество данных опровергают сразу обе теории.
Прежде всего, дрозофилы. Когда Майкл Роуз из Калифорнийского университета в Ирвайне вывел в 1980 году долгоживущую генетическую линию этих мушек, фертильность у них оказалась пониженной. Типичный, казалось бы, добротный пример антагонистической плейотропии: «плюс долговечность» дает «минус плодовитость». Но поскольку мухи жили, а стало быть, размножались дольше обыкновенных сородичей, то очень скоро выяснилось, что и приплод у них статистически выше нормы. Превысив на 81 процент среднюю продолжительность жизни контрольных особей, подопытная группа за этот срок произвела на 20 процентов больше потомства. И это не единственный подтвержденный факт подобной аномалии. Кен Спитц в университете Майами также вывел блох, сочетавших долговечность с плодовитостью. С позиций генетической теории старения такого просто не должно быть.
Следующий проблематичный момент — наблюдения над тем, что дает, условно говоря, диета Синтии Кеньон. Низкокалорийный рацион, как принято считать, замедляет обмен веществ и тем самым тормозит образование губительных для клетки неустойчивых частиц, так называемых свободных радикалов. Это, похоже, и впрямь может продлевать жизнь — по крайней мере дрожжевым грибкам, червям, рыбам и мелким грызунам. Однако защита от старости посредством особого режима питания, судя по всему, вообще не связана с антагонистической плейотропией: хотя «диета долгожителей» и сказывается на размножении, но совсем не по теории. В одном из экспериментов самки подопытных мышей теряли репродуктивную способность при 40-процентном ограничении калорий, а продолжительность жизни у них росла и дальше, вплоть до уровня полного голодания. Поскольку за указанной планкой ресурсы организма уже не расходуются на воспроизводство, то прибавка долговечности может быть получена лишь за счет каких-то иных факторов.
Затем обнаружились неполадки в «генном переключателе». В экспериментах с круглыми червями С. elegans по методике Кеньон те или иные гены добавлялись либо исключались для управления старением. Но, как сообщила в 2003 году ее группа на страницах журнала «Сайенс», слишком часто эта инженерия вовсе не влияла ни на благополучие клеток, ни на фертильность организма. Плейотропия вроде бы действует — если потрудиться удалить у червей репродуктивные органы, это добавит им еще четыре жизненных срока, — но первопричина старости явно не здесь.
