Тяжелая вода продлевает жизнь: подробности

Первое сообщение о том, что работающий в Англии российский ученый Михаил Щепинов создал не то что настоящий эликсир вечной молодости, но средство, способное отсрочить наступление старости, в основе которого лежит тяжелая вода, было сумбурным и малопонятным. Предлагаем вам сокращенный пересказ намного более грамотной статьи из журнала NewScientist (Would eating heavy atoms lengthen our lives?).

Гениальная мысль посетила ученого на католическое Рождество 2006 года, когда сотрудник московского Института биоорганической химии Михаил Щепинов работал в одной британской биотехнологической компании в Оксфорде, а все свободное время посвящал изучению литературы, посвященной вопросам старения. Наибольшее распространение на данный момент имеет теория свободных радикалов. В соответствии с ней, старение организма является результатом необратимых повреждений биомолекул, из которых состоит наше тело. Главными виновником разрушений признаются свободные радикалы (в первую очередь - активные формы кислорода) - агрессивные химические соединения, являющиеся побочным продуктом человеческого метаболизма.

Причина, по которой эти радикалы представляют опасность, заключается в том, что они отнимают электроны у всего, что попадается: воды, белков, жиров и ДНК, оставляя за собой след разрушения. Наносимый радикалами кислорода урон со временем лишь увеличивается и приводит к тому, что биохимические процессы в организме перестают нормально функционировать.

Одним из наиболее разрушительный результатов воздействия радикалов является так называемое карбонилирование белков, когда радикалы атакуют хрупкие углеводородные цепочки белка. Именно этот процесс лежит в основе самых серьезных заболеваний старости, таких как болезни Паркинсона и Альцгеймера, рак, диабет и хроническая почечная недостаточность.

Человеческий организм производить огромное количество антиоксидантов, включая витамины и энзимы, которые перехватывают свободные радикалы до того, как они смогут причинить вред. Однако с течением времени эта защитная система в свою очередь тоже становится жертвой атак свободных радикалов. Поэтому многие средства для замедления старения в первую очередь нацелены на поддержку собственной системы защиты организма, снабжая ее антиоксидантами, такими как витамин C и бета-каротин, хотя и нет никаких доказательств того, что эти меры приносят пользу.

Щепинов же пошел по другому пути в борьбе с радикалами. Его повседневная работа лежала в сфере изучения изотопного эффекта, заключающегося в том, что присутствие тяжелых изотопов в молекуле может замедлить ее вступление в химические реакции, поскольку тяжелые изотопы формируют более прочные химические связи. Например, связь между атомами углерода и дейтерия оказалась в 80 раз крепче, чем содержащая водород.

Все это было известно уже давно. Изотопный эффект был открыт еще в 30-х годах прошлого века, а его механизм получил объяснение в 40-х. Тем не менее Щепинов стал первым исследователем, связавшим этот эффект со старением. Он подумал: если старение вызвано разрушительным воздействием свободных радикалов на ковалентные связи в молекулах биополимеров, и эти связи можно укрепить за счет изотопного эффекта, то почему бы не использовать его для того, чтобы сделать хрупкие биомолекулы более устойчивыми к атакам? Все, что нужно сделать - это поместить в наиболее уязвимые для атак цепочки дейтерий или углерод-13, а об остальном позаботится химия.

Первая статья с изложением предлагаемого метода, "Reactive Oxygen Species, Isotope Effect, Essential Nutrients, and Enhanced Longevity", опубликована в марте прошлого года в журнале Rejuvenation Research. Его редактор, известный геронтолог-радикал Обри ди Грей, стал научным консультантом организованной Щепиновым компанииRetrotope.

У противников нового метода есть два серьезных аргумента. Во-первых, в человеческом организме существует мириады химических связей, и не все из них поддаются воздействию свободных радикалов. Возникает вопрос: как доставить изотопы именно туда, где они нужны? Во-вторых, попадание в организм тяжелых изотопов никак нельзя назвать полезным для здоровья.

Ученый утверждает, что ни то, ни другое не является серьезной проблемой. Некоторые тяжелые изотопы, такие как тритий и углерод-14, действительно являются радиоактивными, и их использование небезопасно. В то же время такие изотопы, как дейтерий и углерод-13, достаточно стабильны, оба в небольших количествах встречаются в природе и являются естественной частью некоторых биомолекул, находящихся в нашем организме. Оба изотопа, что немаловажно, практически нетоксичны. У мышат, которых в течение длительного времени держали на диете, обогащенной углеродом-13, до 60% атомов обычного углерода-12 замещались тяжелым изотопом без вреда для здоровья.

В статье М. Щепинова "Do heavy eaters live longer?", опубликованной год назад в журнале BioEssays, приводится еще один любопытный факт: эмбрионы активно поглощают из материнских тел тяжелый, но стабильный изотоп углерода С13. А поскольку нейроны не делятся, то многие молекулы белков и, главное, ДНК в них, по мнению Щепинова, обладают повышенной устойчивостью к свободным радикалам, что имеет большой эволюционный смысл - препятствует накоплению повреждений в мозге: «Каждый отдельный атом в ДНК мозга 100-летнего человека - тот же самый атом, который находился на этом месте, когда ему было 15 лет».

В экспериментах на людях содержание тяжелой воды в организме доводилось до 2,5% и не привело к негативным последствиям. Более того, исследователи обнаружили, что дейтерий стал частью некоторых белков.

Тем не менее, эксперименты с растениями и животными показали, что тяжелая вода действительно токсична, но лишь в очень больших концентрациях. При 20-процентном содержании дейтерия в воде у млекопитающих проявляются токсические эффекты, а 35-процентная концентрация является смертельной. Клетки растений выдерживали 30-, 50-процентные концентрации тяжелой воды. А одноклеточные водоросли могли жить и в 75-, 80-процентной тяжелой воде. И лишь простейшие животные - нематоды не только существовали в тяжелой воде, но их жизнь даже удлинялась на насколько недель.

Но компания, в которой работает наш ученый и не собирается поить своих клиентов эликсирами на тяжелой воде. Вместо этого она собирается создать продукты с ее содержанием. Этот метод имеет огромное количество преимуществ, поскольку позволяет нацеливать тяжелые изотопы именно туда, где они нужны. Из 20 необходимых человеку аминокислот организм самостоятельно вырабатывает лишь 10, а остальные поступают с пищей. Таким образом, если вы включаете в свой рацион продукты с содержанием нужных аминокислот, чьи уязвимые связи уже усилены изотопами, именно их получат белки вашего организма. Точно так же некоторые составные части жиров и ДНК поступают в организм через пищу, которую можно соответствующим образом обогатить, говорит Щепинов.

Альтернативой искусственно обогащенным продуктам может стать мясо, молоко и яйца, полученные от домашних животных, в рацион которых входили тяжелая вода и «усиленные» аминокислоты. Проблема лишь в том, что ни одна из компаний, работающих в производстве продуктов, не может создать необходимых ингредиентов. Над решением этой проблемы уже трудятся сотрудники московского Института биоорганической химии и Минского госуниверситета.

Другой преградой, которую предстоит преодолеть торговцам молодостью - высокая цена конечного продукта. На данный момент производство 1 литра тяжелой воды обходится в 300 долл. «Действительно, изотопы - дорогое удовольствие, - говорит Щепинов. - Однако нет необходимости их добывать. Существуют другие методы их получения, но они никому не нужны». Пока не существует спроса - нет необходимости производить тяжелую воду в промышленных количествах, поэтому цены продолжают оставаться высокими.