Однажды могущественный шумерский король по имени Гильгамеш отправился на происки, как это часто делают персонажи мифов и легенд. Гильгамеш стал свидетелем смерти своего лучшего друга Энкиду и, опасаясь подобной участи, отправился на поиски бессмертия. Великий король не смог найти секрет вечной жизни, но и не горевал особо, поскольку подвиги его будут жить куда дольше его смертных лет.

Перемотайте на четыре тысячи лет вперед плюс-минус столетие, и Гильгамеш, известный и по сей день, несмотря на прошедшее время, был бы рад узнать, что сегодня многие занялись поиском долголетия. Но вместо борьбы с эпическими монстрами и хитроумными богами, люди занимаются наукой и бизнесом, чтобы продлить себе жизнь и раскрыть секреты человеческой биологии.

Среди них и Обри де Грей, биомедик-геронтолог, основатель SENS Research Foundation, которая ищет возможности улучшения регенеративной медицины и применения ее к возрастным заболеваниям. SENS означает Strategies for Engineered Negligible Senescence. Этим термином де Грей описывает широкий массив (из семи, если точно, пунктов) медицинских вмешательств, которые могут излечить или предотвратить различные типы молекулярных и клеточных повреждений, которые в конечном итоге приводят к возрастным заболеваниям вроде рака и Альцгеймера.

Многие из этих стратегий сосредоточены на стареющих (сенесцентных) клетках, которые накапливаются в тканях и органах по мере старения людей. Не совсем мертвые, стареющие клетки перестают делиться, но остаются метаболически активными, извергая все виды белков и других молекул, которые могут вызывать воспаление и другие проблемы. Для молодого организма это не проблема (и, вероятно, частичное поддержание общее биологической функциональности), поскольку здоровая иммунная система может с этим справиться.

Но по мере старения сенесцентные клетки продолжают накапливаться, и в определенный момент иммунная система перестает с ними справляться. Добро пожаловать в старость.

О мышах и людях

Исследователи вроде де Грея считают, что лечение клеточных основ старения может не только предотвратить заболевание, но и значительно увеличить продолжительность жизни человека. Насколько? По мнению де Грея, в библейских пропорциях — на веки.

Де Грей говорит, что наука сделала большой шаг вперед за последние 15 лет. Например, ученые научились копировать митохондриальную ДНК в ядро. Митохондрии служат энергостанциями клетки, но крайне уязвимы для мутаций, которые приводят к клеточной дегенерации. Копирование митохондриальной ДНК в ядро поможет защитить ее от повреждений.

Другое достижение, которого удалось добиться шесть лет назад, состояло в том, что ученые впервые выяснили, как убивать стареющие клетки. Это открытие привело к новым экспериментам на мышах, которые показали, что удаление этих клеток — тикающих бомб — предотвращало развитие заболеваний и даже увеличивало срок жизни грызунов. Теперь эту антивозрастную терапию вот-вот должны опробовать на людях.

«Думаю, в следующие несколько лет прорвется поток достижений — как только сделаны первые шаги, развитие будет протекать прогрессивно проще и быстрее», говорит де Грей. «Думаю, высоки шансы, что мы достигнем радикального омоложения мышей через шесть-восемь лет. Возможно, нам удастся взять мышей среднего возраста и удвоить их продолжительность жизни, что на порядок больше, чем можно сделать сегодня».

Вокруг да около

Ричард Фарагер, профессор биогеронтологии из Университета Брайтона в Соединенном Королевстве, недавно сделал открытие в лаборатории, связанное с омоложением стареющих клеток посредством химических компонентов, обнаруженных в шоколаде и красном вине. Он надеется применить свои находки к животным в будущем — в данном случае к лошадям.

«Нам повезло получить финансирование от благотворительной организации на рассмотрение возможных методов лечения старых лошадей», говорит он. «Думаю, это прекрасная идея. Многие аспекты физиологии, которые мы изучаем, у людей и лошадей похожи».

В прошлом году Фарагер и его коллеги продемонстрировали в статье, опубликованной в BMC Cell Biology, что химические вещества на основе ресвератрола, были способны реактивировать белок, фактор сплайсинга, участвующий в регуляции генов. Химические вещества заставляли клетки омолаживаться и делиться подобно молодым.

«Если лечение сработало в системах старого пони, я уверен, что их можно перенести на клинические испытания на людях», говори Фарагер. «Время — вопрос исключительно денежный. При нормальном финансировании клинические испытания можно было бы провести за пять лет».

Время — деньги, деньги — время

Фарагер утверждает, что последние прорывы связаны не с тем, что появились новые технологии вроде искусственного интеллекта или метода редактирования генов CRISPR, а со сдвигом парадигмы понимания клеточного старения. Решение «проблемы старения» — вопрос не технологий, а денег.

«Честно говоря, когда ИИ и CRISPR удалят кистозный фиброз, мышечную дистрофию Дюшенна или синдром Гоше, я гораздо более охотно послушаю рассказы об удивительном прогрессе. Исправьте одну распространенную генетическую болезнь у населения, используя эти прикольные штуки, и тогда поговорим. Я верю в самое мощное технологическое развитие из всех: деньги».

Де Грей более серьезно относится к роли, которую сыграют технологии в стремлении победить старение. ИИ, CRISPR, белковая инженерия, достижения в терапии стволовыми клетками, инженерия иммунных систем — все внесут свой вклад.

«На самом деле нет ничего особенного в том, как эти технологии будут вносить вклад», говорит он. «Особенность в том, что нам потребуются все эти технологии, потому что придется чинить много разных типов повреждений, каждый из которых требует особенного подхода».

Дело в крови

Стартап из Сан-Франциско считает, что машины сыграют большую роль в поиске правильной комбинации факторов, которые приведут к долгой и здоровой жизни — и затем в разработке препаратов, которые воспользуются этими открытиями.

BioAge Labs привлекла около 11 миллионов долларов в прошлом году на развитие своей платформы машинного обучения, которая просматривает большие наборы данных в поисках факторов крови, таких как белки или метаболиты, которые связаны с биологическим возрастом. По мнению создателей стартапа, эти факторы могут предсказывать, сколько проживет человек.

«Наш интерес связан с исследованиями в области парабиоза, когда было показано, что соединение систем кровообращение у старых и молодых мышей — так, что у них будет одна кровь на двоих — делают старых мышей здоровее и живее», говорит Эрик Морген из BioAge.

Вооружившись этой идеей, можно было бы менять хорошие и плохие факторы для производства эффекта омоложения.

«Основное внимание в BioAge уделяется выявлению этих факторов в человеческих данных, охарактеризованию важных молекулярных путей, в которых они участвуют, а затем использованию этих путей», говорит он. «Это сложно, и мы используем машинное обучение для добычи сложных наборов данных и определения, какие индивидуальные факторы и молекулярные пути лучше всего отражают биологический возраст».

Сохранение ради будущего

Конечно, нет никакой информации о том, когда любая из этих антивозрастных терапий выйдет на рынок. Вот почему Forever Labs, биотехнологическому стартапу из Анн-Арбора, штат Мичиган, нужны ваши стволовые клетки уже сейчас. Компания предлагает услуги по криогенному замораживанию стволовых клеток, взятых из костного мозга.

В основе процедуры, по словам CEO Forever Labs Стивена Клауснитцера, лежит теория исследований, показывающих, что стволовые клетки могут быть ключевым компонентом для восстановления поврежденных клеток. Это связано с тем, что стволовые клетки могут развиваться во множество других типов клеток и делиться бесконечно, чтобы пополнять другие клетки. Клауснитцер отмечает, что тысячи клинических исследований рассматривают использование стволовых клеток для лечения возрастных заболеваний.

Однако у стволовых клеток есть свой срок годности, который обычно совпадает с возрастом, в котором большинство людей начинают испытывать серьезные проблемы со здоровьем. Стволовые клетки, собранные из костного мозга в более раннем возрасте, потенциально могут обеспечить ресурс для лечения в будущем.

«Мы твердо уверены, что, имея доступ к своим сокровенным запасам, вы сможете жить долгую и здоровую жизнь», говорит он. «Существует веская причина полагать, что если вы начнете поддерживать популяцию костного мозга, количество клеточных ядер в костном мозге, и пополнять ее так, чтобы она не снижалась с возрастом, вы можете абсолютно избежать сердечно-сосудистые заболевания, инсульт и Альцгеймер».

Также сохраненные стволовые клетки могут использоваться сегодня для разработки методов лечения хронических болезней вроде остеоартрита. Но самые волнительные перспективы — и причина, по которой он сам поместил свои 38-летние стволовые клетки в лед — лежат в методах лечения будущего, которые будут использовать стволовые клетки.

«Я могу начать вводить их обратно не ради лечения возрастных заболеваний, а для уменьшения снижения стволовых клеток, так чтобы вообще никогда не болеть», говорит он. «Не думаю, что это можно сравнить с бессмертием, но шагом в этом направлении — определенно».

Осторожнее с бессмертием

Социальные последствия более долгоживущего человеческого вида — гадание на кофейной гуще. Мы знаем, что к середине века мировое население в возрасте 65 лет и старше достигнет числа в 1,6 миллиарда; в возрасте 80 лет — почти 450 миллионов. Если многие из этих людей смогут жить здоровой жизнью в свои пожилые годы, можно будет избежать колоссальных трат на медицину и здравоохранение.

Фарагер работает над будущим, в котором важнее всего будет здоровье человека. Бессмертие человека — совершенно другой вопрос.

«Чем дольше будет продолжительность жизни, тем больше нам потребуется контроль рождаемости и тем меньше у нас будет новых умов. Для прогресса это может выйти боком».

И кто на самом деле хочет жить вечно?

«В моей жизни были счастливые моменты, но и сильные разочарования также были. Никакие препараты не вымоют из меня эти переживания», говорит Фарагер. «Я больше не смотрю в будущее с безграничным энтузиазмом и не думаю, что это кризис среднего возраста. Недаром так много «имморталистов» — молодые люди. Им нужно быть осторожнее со своими желаниями».

Уже достаточно долгое время человечество, изучая работу мозга, пытается найти способ искусственно усилить мозговую активность. И чем более продвинутой становится наука – тем больше шансов на то, что подобная затея увенчается успехом. К примеру, недавно завершившийся проект, финансируемый DARPA, смог показать, что память человека можно усилить искусственным путем.

Как пишет издание Journal of Neural Engineering, в исследовании приняло участие 15 человек, которые в той или иной степени страдали от потери памяти из-за эпилепсии. Каждому участнику опытов в мозг были вживлены небольшие нейроимпланты, которые отслеживали то, что происходит в головном мозге во время процесса запоминания. Сами тесты были довольно простыми: людям нужно было посмотреть на изображение, а после перерыва правильно опознать его среди еще четырех других изображений. В это время ученые фиксировали мозговую активность для выявления тех участков мозга, которые больше других задействованы в процессах формирования памяти. Затем началась вторая фаза исследований: испытуемым также показывали картинки и предлагали опознать их среди четырех других, но только в этот раз выявленные ранее зоны мозга стимулировались нейроимплантами. В результате выяснилось, что краткосрочная память участников улучшилась на 37%, а долгосрочная — на 35%. Как заявил глава проекта Роберт Хэмпсон,

«Мы впервые смогли идентифицировать код для процесса формирования памяти в головном мозге и по сути смогли записать этот код, чтобы существующая память работала быстрее. Это является важным шагом для потенциального излечения потери памяти и увеличения ее объемов».

Однако, несмотря на столь обнадеживающие результаты, говорить об окончательном успехе технологии можно будет лишь после проведения более масштабных исследований, ведь группа из 15 человек – совсем не показательная с точки зрения статистики выборка. Тем не менее улучшение памяти в среднем на треть у всех участников эксперимента внушает оптимизм.

Все мы уже не один год слышим о стволовых клетках, но полноценно рассмотреть ее можно разве что в цифровом микроскопе, изображение с которого не может дать полной картины. Но группа ученых из Института Аллена, использовав алгоритмы глубокого машинного обучения, представила алгоритм, который способен построить 3D-модель любой клетки, даже если имеется только двухмерное ее изображение.В своей разработке ученые научили программу при построении модели клетки как бы «подсвечивать» ее. Таким образом все структуры и органеллы становятся видны гораздо лучше, а также при этом заметно и больше деталей. Набрав несколько тысяч фотографий таких подсвеченных клеток, ученые «скормили» их нейросети. После этого нейросеть смогла на основании снимка предсказывать расположение органелл и их форму.

Эксперты Института Аллена уже несколько лет занимаются подобными разработками, но раньше все они были доступны лишь для внутреннего использования. Новая программа же станет общедоступной, и она, по словам авторов, позволит понять работу клетки и понаблюдать за всеми процессами, которые происходят внутри нее. Как отметил один из авторов работы Грег Джонсон,

«Если мы лучше будем понимать внутреннюю работу здоровой клетки, то сможем понять, что происходит, когда она видоизменяется. Например, превращается в раковую. Это даст нам возможность увидеть то, как клетки меняются со временем, мы сможем наблюдать за всеми изменениями, которые происходят, а также спрогнозировать и обнаружить их уже в живом организме».

Если делить вещество во Вселенной на все меньшие и меньшие составляющие, вы в конечном итоге достигнете ограничения, столкнувшись с фундаментальной и неделимой частицей. Все макроскопические объекты можно поделить на молекулы, даже атомы, затем электроны (которые фундаментальны) и ядра, затем на протоны и нейтроны, и, наконец, внутри них будут кварки и глюоны. Электроны, кварки и глюоны — примеры фундаментальных частиц, которые нельзя разделить еще больше. Но как такое возможно, чтобы у самого времени и пространства были такие же ограничения? Почему вообще существуют значения Планка, которые уже нельзя делить дальше?

Чтобы понять, откуда берется планковская величина, стоит начать с двух столпов, которые управляют реальностью: общая теория относительности и квантовая физика.

Общая теория относительности связывает материю и энергию, существующие во Вселенной, с кривизной и деформацией ткани пространства-времени. Квантовая физика описывает, как различные частицы и поля взаимодействуют между собой внутри ткани пространства-времени, в том числе и в очень малых масштабах. Существует две фундаментальные физические константы, которые играют роль в общей теории относительности: G — гравитационная постоянная Вселенной, и c — скорость света. G возникает, поскольку задает показатель деформации пространства-времени в присутствии вещества и энергии; c — потому что это гравитационное взаимодействие распространяется в пространстве-времени на скорости света.

В квантовой механике тоже появляется две фундаментальные константы: c и h, где последняя — это постоянная Планка. c — это ограничение скорости всех частиц, скорость, с которой должны двигаться все безмассовые частицы, и максимальная скорость, с которой может распространяться любое взаимодействие. Постоянная Планка была невероятной важной для описания того, как квантуются (считаются) квантовые энергетические уровни, взаимодействия между частицами и все возможные исходы событий. Электрон, вращающийся вокруг протона, может иметь любое количество энергетических уровней, но все они появляются дискретными шагами, и размер этих шагов определяется h.

Совместите три этих постоянных: G, c и h, и сможете использовать разные их сочетания для построения шкалы длины, массы и периода времени. Они известны, соответственно, как длина Планка, масса Планка и время Планка. (Можно построить и другие величины, например, энергию Планка, температуру Планка и так далее). Все это, в общем и целом, шкала длины, массы и времени, при которых — в отсутствие какой-либо другой информации — будут значительными квантовые эффекты. Есть хорошие причины полагать, что это так и есть, и довольно легко понять — почему так.

Представьте, что у вас есть частица определенной массы. Вы задаете вопрос: «Если бы моя частица имела такую массу, в насколько малый объем ее нужно сжать, чтобы она стала черной дырой?». Вы еще можете спросить: «Если бы у меня была черная дыра определенного размера, за какое время частица, двигающаяся на скорости света, преодолела бы расстояние, равное этому размеру?». Масса Планка, длина Планка и время Планка соответствуют именно таким величинам: черная дыра планковской массы будет планковской длины и пересекаться со скорость света за планковское время.

Но планковская масса намного, намного более массивна, чем любые частицы, которые мы когда-либо создавали; она в 10 19 раз тяжелее протона! Длина Планка, точно так же, в 10 14 раз меньше любого расстояния, которое мы когда-либо зондировали, а планковское время в 10 25 раз меньше любого прямо измеренного. Эти масштабы никогда не были напрямую доступны для нас, но они важны по другой причине: планковская энергия (которую вы можете получить, поместив планковскую массу в E = mc 2) – это масштаб, при котором квантово-гравитационные эффекты начинают приобретать важность и значимость.

Это значит, что при энергии такой величины — или временных масштабах короче времени Планка, или шкалы длины меньше длины Планка — наши нынешние законы физики должны нарушаться. В игру вступают эффекты квантовой гравитации, и предсказания общей теории относительности перестают быть надежными. Кривизна пространства становится очень большой, а значит и «фон», который мы используем для расчета квантовых величин, тоже перестает быть надежным. Неопределенность энергии и времени означает, что неопределенности становятся выше значений, которые мы знаем как рассчитать. Короче говоря, привычная нам физика больше не работает.

Для нашей Вселенной это не проблема. Эти энергетические масштабы в 10 15 раз выше, чем те, которых может достичь Большой адронный коллайдер, и в 100 000 000 раз больше самых энергетических частиц, которые создает сама Вселенная (космические лучи высокой энергии), и даже в 10 000 раз выше показателей, которых достигла Вселенная сразу после Большого Взрыва. Но если бы мы хотели исследовать эти пределы, есть одно место, где они могут быть важны: в сингулярностях, расположенных в центрах черных дыр.

В этих местах массы, значительно превосходящие планковскую массу, сжимаются в размер, теоретически меньший длины Планка. Если во Вселенной есть место, где мы сводим все линии в одну и входим в режим Планка, то это оно. Мы не можем получить к нему доступ сегодня, потому что оно закрыто горизонтом событий черной дыры и недоступно. Но если мы будем достаточно терпеливы — а терпения потребуется много — Вселенная даст нам такую возможность.

Видите ли, черные дыры со временем медленно распадаются. Интеграция квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени ОТО означает, что небольшое количество излучения испускается в пространстве вне горизонта событий, а энергия для этого излучения исходит из массы черной дыры. Со временем масса черной дыры уменьшается, горизонт событий сжимается, и через 10 67 лет черная дыра солнечной массы полностью испарится. Если бы мы могли получить доступ ко всему излучению, покинувшему черную дыру, включая самые последние моменты ее существования, мы, несомненно, смогли бы собрать воедино все квантовые эффекты, которых не предсказывали наши лучшие теории.

Совсем не обязательно, что пространство нельзя разделить на еще более мелкие единицы, чем планковская длина, и что время нельзя разделить на единицы меньшие, чем планковское время. Просто мы знаем, что наше описание Вселенной, в том числе наши законы физики, не могут выйти за пределы этих масштабов. Квантуемо ли пространство? Течет ли время непрерывно на самом деле? И что нам делать с тем фактом, что все известные фундаментальные частицы во Вселенной имеют массы намного, намного меньше планковской? На эти вопросы в физике нет ответов. Планковские масштабы не столь фундаментальны в ограничении Вселенной, сколь в нашем понимании Вселенной. Поэтому мы продолжаем экспериментировать. Возможно, когда у нас будет больше знаний, мы получим ответы на все вопросы. Пока нет.