Jeśli sądzisz, że wielkim osiągnięciem człowieka jest dociągnięcie do setki, wiedz, że odkrycia biologów molekularnych znacznie tę metę oddalają. Bo śmierć wcale nie jest nieunikniona. A odpowiedź na pragnienie wieczności tkwi tam, gdzie ludzkie oko nie sięga – w komórkach.
Marzenie o przedłużeniu ludzkiego życia nie narodziło się na początku XXI wieku, tak jak marzenie ludzi o lataniu nie narodziło się na początku XX. Nic nie zaczyna się od nauki, wszystko zaczyna się od opowieści.
Od sumeryjskiego króla Gilgamesza, który podobno rządził Urukiem przez 126 lat, po Matuzalema, patriarchę z ksiąg hebrajskich, który żył lat 969, mity świadczą o naszej głęboko zakorzenionej fascynacji długowiecznością. Poza przypowieściami niewiele jest jednak naukowych dowodów na to, by komukolwiek udało się przedłużyć swoje życie znacząco poza jedno stulecie.
Niełatwo było to osiągnąć, dopóki nie zrozumieliśmy, jak funkcjonuje życie. Tę wiedzę, choć nadal niedoskonałą, posiadłem w końcu ja i moi koledzy.
Dopiero w 1665 roku „angielski Leonardo”, Robert Hooke, opublikował Mikrografię, w której ogłosił, że zobaczył komórki w korze dębu korkowego. To odkrycie zapoczątkowało erę nowoczesnej biologii. Upłynęły jednak całe wieki, zanim zrozumieliśmy, jak działają komórki na poziomie molekularnym. Ta wiedza przyszła do nas dzięki kombinacji serii wielkich odkryć w dziedzinie mikroskopii, chemii, fizyki, genetyki, nanoinżynierii i informatyki.
Aby zrozumieć proces starzenia się, musimy wkroczyć w subkomórkowy nanoświat, wejść do komórki, przebić jej zewnętrzną błonę i dotrzeć do jądra, a stamtąd pójść jeszcze dalej, do skali aminokwasów i DNA. Na tym poziomie staje się jasne, dlaczego nie żyjemy wiecznie.
Zanim zrozumieliśmy życie w nanoskali, nawet to, dlaczego żyjemy, było zagadką. Genialny fizyk teoretyczny Erwin Schrödinger, ojciec fizyki kwantowej (tak, tak, i tego sławnego eksperymentu myślowego o kocie, który żyje i nie żyje zarazem), gubił się, kiedy próbował wyjaśnić życie. W 1944 roku uniósł ręce do nieba i oświadczył, że materia żywa „choć nie wymyka się ustalonym dotąd prawom fizyki, ujawniać może inne, dotąd nieznane prawa”. W tamtym czasie nic więcej nie mógł zrobić.
Wszystko przyspieszyło w kolejnych dekadach. Dzisiaj nie znamy jeszcze pełnej odpowiedzi na pytanie, które Schrödinger zadał w tytule swojej książki w 1944 roku, ale jesteśmy jej bliżsi.
Okazuje się, że nie trzeba nowych praw, aby wyjaśnić życie. W nanoskali to po prostu uporządkowany zestaw reakcji chemicznych, koncentracji i łączenia atomów, które normalnie nigdy by się nie połączyły, albo rozdzielania cząsteczek, które normalnie nigdy nie dałyby się rozdzielić. Życie czyni to, używając białkopodobnych Pac-Manów, które nazywamy enzymami, złożonych ze zwojów i warstw łańcuchów aminokwasów.
Enzymy, wykorzystując fortunne ruchy cząsteczkowe, sprawiają, że życie staje się możliwe. W każdej sekundzie twojego życia każda z trylionów twoich komórek wychwytuje tysiące cząsteczek glukozy dzięki enzymowi zwanemu glukokinazą, który przyłącza jej cząsteczki do atomów fosforu, przeznaczając je do produkcji energii. Większość wytworzonej energii wykorzystuje zaś wieloskładnikowy kompleks RNA i białek, zwany rybosomem, którego głównym zadaniem jest wychwytywanie aminokwasów i łączenie ich z innymi w celu produkcji nowych białek.
Powieki wam opadają od tej opowieści? Nie jesteście sami i nie można się wam dziwić. My, nauczyciele, zaszkodziliśmy społeczeństwu, przedstawiając cudowną gałąź wiedzy jako nudy. Podręczniki i prace naukowe ukazują biologię jako statyczny, dwuwymiarowy świat. Związki chemiczne wyglądają jak patyki, ścieżki biochemiczne to strzałki, DNA to linia, gen jest prostokątem, a enzym owalem – wszystko to w tysiąckrotnym powiększeniu w porównaniu z komórką, co nie odpowiada prawdzie.
Kiedy jednak zrozumiemy już, jak działają komórki, widzimy, jakie są wspaniałe. Problem z przekazaniem tego cudu uczniom i studentom polega na tym, że komórki istnieją w 4 wymiarach i poruszają się z prędkością i na skalę, jakiej ludzie nie widzą, jakiej sobie nawet nie wyobrażają. Sekunda i milimetr to dla nas małe jednostki czasu i przestrzeni, tymczasem enzym to mniej więcej 10 nanometrów średnicy wibrujących co biliardową sekundy, milimetr dla niego to skala kontynentu, a sekunda to więcej niż rok.
Weźmy katalazę, wszechobecny enzym o typowym rozmiarze, który może rozłożyć i detoksykować 10 tysięcy cząsteczek nadtlenku wodoru na sekundę. Milion tych cząsteczek zmieściłoby się w bakterii E. coli, a milion tych bakterii zmieściłby się na główce od szpilki. Te liczby nie tylko trudno sobie wyobrazić. Ich po prostu nie da się sobie wyobrazić.
W każdej komórce jest 75 tysięcy enzymów takich jak katalaza, wymieszane, zderzają się ze sobą w lekko zasolonym morzu. W nanoskali woda jest galaretowata, a reakcje, które w niej zachodzą, są burzliwsze niż huragan kategorii piątej, bo cząsteczki zderzają się ze sobą z prędkościami, które postrzegamy jako tysiące kilometrów na godzinę. Reakcje enzymatyczne zachodzą raz na tysiąc, ale w nanoskali raz na tysiąc może się zdarzyć tysiące razy na sekundę: dość, by podtrzymać życie.
Brzmi to chaotycznie, bo takie jest, ale potrzebujemy tego chaosu, aby pojawił się porządek. Bez niego cząsteczki, które muszą się zbliżyć, aby podtrzymać życie, nigdy by się nie odnalazły i nie połączyły. Ludzka sirtuina SIRT1 to dobry przykład. Miejsca aktywne na SIRT1 jednocześnie łączą się z cząsteczką NAD i białkiem, takim jak histon albo FOXO3, od którego chcą odłączyć grupę acetylową. Dwie przechwycone cząsteczki od razu się łączą, tuż przed tym, jak SIRT1 je rozrywa w przeciwnych kierunkach, produkując witaminę B3 i acetylowaną adeninorybozę jako produkty uboczne, które są przetwarzane na NAD.
Ważniejsze jest to, że docelowe białko zostało odarte z grupy acetylowej, która działała jako inhibitor. Teraz histon może bardziej upakować DNA, aby uciszyć geny, a pozbawiony ograniczeń FOXO3 może włączyć ich program obronny.
Gdyby chaos ustał, a nasze enzymy nagle porzuciłyby swoje role, bylibyśmy martwi w kilka sekund. Bez energii i mechanizmów obronnych komórek nie może istnieć życie. M. superstes nigdy by się nie wynurzył z kożucha, a jego potomkowie nigdy nie zdołaliby zrozumieć słów wydrukowanych na tej stronie.
Tak więc na poziomie podstawowym życie działa dość prosto: egzystujemy dzięki porządkowi, który wyłania się z chaosu. Wznosimy toast za życie, a tak naprawdę powinniśmy wznosić go za enzymy.
Badając życie na tym poziomie, dowiedzieliśmy się czegoś naprawdę ważnego; czegoś, co nagrodzony Noblem fizyk Richard Feynman opisał zwięźle: „Nie odkryto do tej pory w biologii niczego, co wskazuje na nieuniknioność śmierci. Moim zdaniem znaczy to, że nie jest ona wcale nieunikniona i że tylko kwestią czasu jest, zanim biolodzy odkryją, co przysparza nam tego problemu”.
To prawda: nie istnieje żadne prawo biologii, chemii ani fizyki, które mówi, że życie musi dobiec końca. Tak, starzenie się to wzrost entropii, utrata informacji prowadząca do chaosu. Istoty żywe nie są jednak systemami zamkniętymi. Potencjalnie życie może trwać wiecznie, o ile zdoła przechować krytyczną informację biologiczną i absorbować energię z jakiegoś źródła we wszechświecie. Nie znaczy to, że staniemy się nieśmiertelni jutro – tak jak nie mogliśmy polecieć na Księżyc 18 grudnia 1903 roku. Nauka rozwija się małymi i dużymi krokami, ale zawsze stopniowo.
Fragment książki dr. Davida A. Sinclaira i Matthew LaPlante’a Jak żyć długo. Dlaczego się starzejemy i czy naprawdę musimy, wyd. Znak, Kraków 2021.
Czytaj również:
