Ликвидировать программу старения (сначала у рыб)

Хотим напомнить, что будущей весной 2019 у д.б.н. Валерия Зюганова планируется к изданию новая книга под рабочим названием «Эликсир из глубин Арктики». Сегодня мы продолжаем публиковать отдельные главы из будущей книги, сокращенные газетные версии которых скоро выйдут в еженедельнике «Аргументы Недели», партнере нашей лаборатории. Сегодня — глава о попытках ликвидировать программу старения у короткоцикловых рыб и опытах об использовании продукции «бессмертных» колюшек в лечении ценных рыб — лососей.

Что общего в старении близких родственников: колюшек, лососей и людей

С точки зрения биологии Позвоночные (Vertebrata) являются нашими близкими родственниками. Человек стареет так же, как уже хорошо известная читателям рыбка колюшка, только очень долго, по сравнению с короткоцикловыми (умирающими после нереста) рыбами. Поэтому семейство Колюшковых рыб (Gasterosteidae) является наиболее удобным объектом изучения, так как на эксперименты по ликвидации старения не надо тратить всю жизнь исследователя. Но пару десятков лет потратить всё же придётся.

В подавляющем большинстве изученных популяций колюшек в Америке и Евразии, особенно часто — на юге ареала, судьба рыб определена сурово и непреклонно.

Оставив в двух — трёхлетнем возрасте один раз потомство, они стремительно стареют и гибнут (это явление называется прогерией). В этом колюшки подобны тихоокеанским лососям рода Oncorhynchus — горбуше, кете или нерке. У рыб этого типа (их называют семелпарными) после первого нереста включается особая программа, приводящая к быстрому старению.

Схема реализации программы старения напоминает типичную схему стресса и выглядит так: гипоталамус выделяет кортиколиберин, который действует на гипофиз, а тот в ответ выделяет адренокортикотропный гормон. Этот пептид заставляет кору надпочечников производить больше глюкокортикоидных гормонов стресса — кортизола и кортикостерона. В крови повышается содержание инсулина, глюкозы, жирных кислот, холестерина, развивается болезнь Альцгеймера и вскоре рыба погибает от множественных инфарктов миокарда, инсультов мозга, лёгких, почек. Кроме того, у неё атрофируется вилочковая железа и падает иммунитет.

Старение лососей можно предотвратить — это обнаружил американский исследователь О. Робертсон в 1961 году. Он удалял у неполовозрелых рыб гонады или надпочечники, и их жизненный цикл продлевался вдвое, с четырёх до восьми лет.

Ленинградский онколог, профессор В. М. Дильман, первым обратил внимание на то, что при старении семелпарных рыб происходят такие же гормональные сдвиги, как и при старении человека, только у человека они протекают во много раз медленнее.

В 2002 году американский учёный Т. Малдонадо с коллегами обнаружил, что после нереста у нерки в мозгу образуются бета-амилоидные бляшки, поразительно напоминающие те, что возникают у людей при болезни Альцгеймера. Все больше исследователей склоняется к мысли, что старение и связанные с ним системные болезни, в том числе рак, формируются не из-за угасания, а, напротив, из-за перенапряжения систем, регулирующих энергетические процессы, адаптацию и размножение. В частности, ведающий обменом веществ бортовой компьютер мозга гипоталамус с возрастом слишком перевозбуждается и при растущей активности становится менее чувствительным к сигналам отрицательной обратной связи — он не включает расщепление запасных жиров, когда они в избытке.

Генетика и Селекция

В 70-х годах, изучая колюшковых рыб, стажёр Зюганов впервые задумался о том, как можно их использовать в медицине, точнее — в геронтологии. Тогда он решил попытаться «выключить» программу посленерестовой гибели у колюшек методом гибридизации. Для этого он скрещивал колюшек между собой из удаленных географических регионов: из бассейнов Белого, Черного, Балтийского, Японского и Берингова морей, т. е. из всех трех океанов — Северного Ледовитого, Атлантического и Тихого, омывающих СССР. Как видим, стажёр мыслил вполне планетарно. Вся эта работа была проведена в 1978 — 1983 годах.

Идея и расчёт исследователя был на то, что у потомков-гибридов от скрещиваний родственников из удалённых регионов набор генов будет весьма разнообразным, и в каком-то варианте скрещиваний у гибридов утеряются (нокаутируются) гены старения и сложится удачный эпигенотип-долгожитель. К слову сказать, академик Трофим Денисович Лысенко (1898–1976) «пригвоздил» бы стажёра за то, что Зюганов «расшатывает наследственность» у рыб.

В 1993–95 годах гены старения и способы их «нокаута» были открыты американскими молекулярными биологами у почвенного червя-нематоды Caenorhabditis elegans. Результаты исследований были опубликованы в престижном «Nature» и других ведущих журналах мира, как оглушительный успех в деле биогеронтологии. Посыпались «Нобелевки». Стоит заметить, что «нокаутами», мутациями, изменениями температуры выращивания и режима питания удалось удлинить жизнь червя-нематоды всего-то с 30 до 60 суток.

Условно «бессмертные» гибриды-долгожители

Валерий Зюганов перевозил живых колюшек в Карельские карьеры-пруды (с промежуточной акклиматизацией в лаборатории в Москве) на самолётах из Владивостока, Хабаровска, Петропавловска-Камчатского, Южно-Сахалинска и на поезде из Одессы и Ленинграда. Благо в советские времена дальние экспедиции в АН СССР оплачивались без проблем, достаточно было обосновать задачу и важность её изучения для науки и народного хозяйства страны.

В большинстве межпопуляционных скрещиваний гибридное потомство погибало из-за суровых зим в районе Полярного Круга, поскольку было носителем себя «южных» гены. Но в редких случаях исследователь получил успешный результат.

Вот один из его удачных вариантов скрещиваний. Зюганов взял рыб из озера Азабачье (Камчатка) — там живёт постоянная популяция пресноводных форм, и туда же на нерест заходят морские колюшки. Они являются двумя разными биологическими видами. В естественных условиях гибридов не получается из-за различий в поведении — их самцы исполняют разные танцы, и самки выбирают только своего (происходит поведенческая изоляция).

Ихтиолог запустил только морских самок формы trachurus (зазубренный) и только пресноводных самцов leiurus (гладкий) в экспериментальный пруд. Рыбы не сразу нашли общий язык при нересте, но примерно на неделю позже положенного срока смогли договориться и дали плодовитое потомство. Условия среды в карьерах необычные: нет хищников и конкурентов, как на старом месте, и долгое время было изобилие нерестового пространства и низкокалорийного корма (падающих в воду насекомых, за которыми рыбкам постоянно приходится охотиться). Словом, это было идеальное место, в котором устранили основные источники стресса. Ставились и контрольные опыты по выживанию потомства каждой формы в тех же карьерах. Оно полностью погибло из-за суровых зим.

Гибриды тоже выжили не все, примерно десятая часть. Вероятно, им помог сохраниться гетерозис (увеличение жизненной силы потомства при отдалённых скрещиваниях).

Результат получился неожиданный. Во-первых, рыбы выросли гигантскими, до 11 см. Во-вторых, они оказались долгожителями: исходные формы живут всего лишь год-два, а гибриды жили до 7–8 лет. Нерест у них проходит ежегодно в течение нескольких лет. Таким образом, в условиях эксперимента, моноцикловые рыбы превратились в многолетних.

Рыбы стали намного устойчивее к стрессам и ранам, инфекционным и паразитарным заболеваниям. Они практически перестали болеть и медленнее старели.

В результате гетерозиса улучшилась работа гипоталамуса и других подкорковых структур мозга, благодаря нейроэндокринному контролю поведение колюшек стало более рациональным: они спокойнее уживались с соседями, стали меньше драться (количество схваток уменьшилось втрое).

Ещё в 1976 году ихтиолог Зюганов обнаружил у колюшки уникальный механизм — самец, охраняя оплодотворённую икру в гнезде, обрабатывает её специальным экзокринным секретом, по-латыни mucus (мукус). Этот гель, содержащий белок, пептиды и мукополисахариды, продуцируют почки рыбки. Самец поливает мукусом икру.

И, благодаря мукусу, неправильно развивающиеся (патологические) икринки останавливались в развитии, а здоровые крепли. За долгие годы Зюганову удалось научиться собирать этот секрет и улучшить его состав. Примечательно, что у долгожителей в полтора-два раза увеличилась продукция мукуса, а его состав усложнился: в нем появилось много дополнительных лёгких фракций белков.

Нужно сказать, что рыбки-гибриды тоже умирают, но уже не «по программе», а от голода: из-за больших размеров на погоню за насекомыми им приходится тратить больше энергии, чем даёт эта пища. Если бы они были постоянно обеспечены полноценной пищей, кто знает, возможно прожили бы неопределенно долгое время.

Эксперименты с мальками лосося

У молоди атлантического лосося севера России и стран Скандинавии с 70-х годов регистрируется тяжёлое заболевание — эпидермальная папиллома (эпителиома).

На лососёвых фермах это одно из самых страшных бедствий. Заболеваемость достигает 50%, а смертность — от 30 до 90% среди заболевших рыб возраста 1 — 4 года. Считается, что причины возникновения опухолей — загрязнение водоёмов канцерогенами и коканцерогенами (нитрозаминами, бензапиреном и другими) и вирусами, подобными герпес-вирусу. Сначала у рыб на спине, боках тела, голове, плавниках появляются светлые шероховатые утолщения. На второй стадии образуются наросты, похожие на оспины, с парафинообразной консистенцией и мелкозернистой поверхностью. Величина и количество наростов — от единичных или множественных бляшковидных пятен до конгломератов. Опухоли часто отторгаются, и на их месте остаются язвы. Попадающие в них микробы приводят к гнойно-некротическим воспалениям кожи и мускулатуры, заканчивающимся распадом глубоких тканей и омертвением плавников.

Валерий Зюганов решил пролечить больных лососей биопрепаратом из колюшки на Умбском рыбоводном заводе в Мурманской области. Рыбы там содержатся в садках.

Двухлетние лососи находились на второй стадии болезни. В течение двух месяцев им три раза в неделю вводили препарат внутримышечно в хвостовой стебель. Контрольным рыбам делали инъекцию физиологического раствора.

Результаты испытания лечебного препарата 2000–2002 гг. на больных эпителиомой II стадии пестрятках-двухгодовиках лосося Salmo salar.

* Отличие достоверно у сравниваемых групп (опыт — контроль).

Из таблицы видно, что результаты получились весьма положительные: выживаемость мальков II стадии болезни возросла с 7–11% (в контроле) до 89–96%, в среднем в 10 раз. Ремиссия (исчезновение проявлений болезни) возросла с 0% (контроль) до 85–89%. При этом результаты воспроизводились в течение всех трех лет.

А какая польза человеку?

Идея использовать секрет колюшки для пользы людей возникла случайно.

Однажды сотрудник экспедиционного отряда Лаборатории эволюции и экологии биосистем получил ожог: ему под глаз попал вылетевший из костра уголёк. Подходящих медикаментов под рукой не оказалось, и кто-то предложил обработать место ожога мукусом колюшки. На другой день на вопрос: «Как твой ожог?» пострадавший удивился:

«Какой ожог? Нет ничего». Биологи вспомнили книгу Л. П. Сабанеева — большого знатока рыб. Он писал, что рыбаки смазывали руки слизью с кожи угря, чтобы залечить раны и ожоги. Делали они это потому, что заметили: угри, переползая по ночам из водоёма в водоём, часто ранят нежную кожу, но раны у них быстро заживают.

Были и другие случаи, когда секрет колюшки помогал исцелять повреждения и болезни кожи, от герпеса и нарывов до трофических язв при варикозном расширении.

Доктор Зюганов с коллегами задумались над случившимся. Рыбы и млекопитающие, включая человека, — не такие уж далёкие в эволюционном отношении животные, и активные вещества секрета колюшки (например, пептиды), скорее всего, находят себе мишени и на наших клетках. Это неудивительно: пептиды служат гормонами или регуляторами местных реакций, стимулируют или ингибируют деятельность разнообразных клеток. Они очень разнообразны и регулируют множество процессов в организме позвоночных животных, в том числе иммунные и воспалительные реакции, стресс, пищеварение, обмен углеводов и липидов. При этом пептиды, в отличие от белков, состоят из менее чем ста аминокислот и менее видоспецифичны, то есть могут эффективно действовать как регуляторы в организме других видов животных, не вызывая иммунного ответа.

Случаи с исцелением кожных травм, ожогов и болезней затрагивали кожу — это самый большой иммунный орган в нашем организме. Возник вопрос: если природный секрет рыб действует на местный иммунитет, не будет ли он затрагивать и центральные, основные его механизмы? Биологи задали себе и ещё один, более общий вопрос.

Изменения в иммунной системе происходят и с возрастом. А ведь гормональные сдвиги при старении, как и при стрессе, у человека и колюшки практически одинаковы.

Не удастся ли теми же веществами, которые продляют жизнь колюшкам и защищают их от болезней, помочь больным и стареющим людям?

Биологи Лаборатории эволюции и экологии биосистем научились получать клей колюшек-долгожителей, не убивая и не травмируя их. Мукус усилили биологически активным веществом из жабр лосося и сделали препарат, который использовали в опытах в качестве ранозаживляющего и защищающего от стресса средства. Этот биопрепарат зарегистрировали в Роспотребнадзоре и после проверки на токсикологическую, микробиологическую, физико-химическую и клиническую безопасность в испытательных центрах получили санитарно-эпидемиологическое заключение и СГР (Свидетельство о государственной регистрации).

Что установил Институт красоты

Одну из серий опытов (с морскими свинками, белыми мышами, крысами) проводили в Институте красоты. У морских свинок под действием препарата быстрее заживали кожные раны: на 8-й день после операции — на 62%, на 12-й день — на 27% у опытных животных по сравнению с контрольной группой. Препарат сократил сроки заживления ран на 5 суток, что составляет 19,3% по сравнению с контрольной группой.

Препарат не оказывал раздражающего и аллергического действия на кожу и слизистые оболочки, эксперты не обнаружили токсичности, в том числе и цитотоксического действия на эмбриональные клетки человека. В итоге Институт красоты заключил, что препарат хорошо заживляет раны, и рекомендовал вводить его в рецептуры лечебных косметических средств, чтобы ускорить процессы регенерации в коже. В общем, институт после тщательных опытов подтвердил походное наблюдение биологов.