Биохимик Михаил Щепинов предлагает миру свой рецепт эликсира вечной молодости — тяжелую воду, точнее — химическую формулу D2O. В этой формуле буква D означает дейтерий — изотоп водорода с атомной массой 2 (в отличие от «легкого» водорода с атомной массой 1). Именно дейтерий превращает обычную воду в тяжелую. Изготовленный из нее кубик льда тонет в воде.
Щепинов уверен, что открыл секрет настоящего эликсира молодости — новый способ продления жизни. Два года назад, работая в одной из биотехнологических компаний британского Оксфорда, российский ученый тратил все свободное время на изучение новейших гипотез старения организма человека.
Наибольшее распространение получила теория свободных радикалов. Она основана на гипотезе о том, что старение человека — результат необратимых повреждений молекул нашего тела. Основные виновники таких разрушений — радикалы, свободные от кислорода — агрессивные химические вещества, неизбежный побочный продукт метаболизма.
Особая опасность радикалов заключается в том, что они обладают ненасытным «аппетитом» в отношении электронов, и изымают их практически у всех веществ — воды, белков, жиров, ДНК, оставляя за собой буквально «выжженную степь». С годами объем нанесенного ущерба только увеличивается, а традиционные биохимические процессы в организме начинают сбоить.
Один из худших вариантов вредоносного воздействия — карбонилирование белка — состоит в атаке свободных радикалов кислорода на уязвимые углеводородные цепочки белка. Именно такое поведение радикалов считается причиной страшнейших заболеваний, связанных со старостью: болезни Паркинсона, синдрома Альцгеймера, онкологии, хронической почечной недостаточности и диабета. Кроме того, в перечне приоритетных целей радикалов — ДНК и жирные кислоты клеточной мембраны.
Организм человека вырабатывает целые легионы антиоксидантов, в том числе витамины и энзимы, обладающие способностью перехватывать свободные радикалы еще до причинения ими вреда. Увы, с течением времени эти защитные системы тоже становятся беспомощными жертвами атак радикалов.
Многие виды терапии, направленный против старения, основаны на принципе восстановления защитных сил организма с помощью антиоксидантов, например витамина С и бета-каротина. К сожалению, у науки пока недостаточно свидетельств о пользе такой терапии.
Щепинов нашел другой путь борьбы со свободными радикалами. Суть изотопного эффекта в следующем: наличие тяжелых изотопов в молекуле замедляет происходящие в ней химические реакции. Дело в том, что тяжелые изотопы формируют более прочные ковалентные связи, чем их легкие аналоги. Так, например, связь атомов углерода и дейтерия прочнее связки углерод-водород почти в 80 раз. Данный эффект проявляется в отношении всех тяжелых изотопов, в том числе этими свойствами обладают углерод-13, азот-15 и кислород-18, но пример дейтерия наиболее яркий.
Изотопный эффект был открыт в 30-е годы, а его механизм получил научное объяснение в 40-е годы прошлого столетия. Тем не менее Щепинов стал первым исследователем, связавшим открытия более чем полувековой давности с проблемой предотвращения старения человека. На Рождество 2006 г. его осенило: если старение объясняется воздействием свободных радикалов, влекущим разрушение ковалентных связей, то их можно укрепить с помощью тяжелых изотопов (что сделает хрупкие и уязвимые молекулы устойчивыми к атакам радикалов). А для этого необходимо лишь поместить дейтерий или углерод-13 в наиболее уязвимые связи.
В начале 2007 г. Щепинов подробно описал свое открытие и направил статью в научный журнал Rejuvenation Research («Исследования в области омоложения»). Ему повезло — редактором оказался американский геронтолог-экспериментатор Обри ди Грей, выступающий в поддержку гипотез, которые ортодоксам от науки казались диковинными и не заслуживающими внимания. Статья была опубликована.
В своей работе биохимик Щепинов сослался на огромный массив научных данных, подтверждающих его теорию. В ходе десятков экспериментов доказано, что изотопный эффект действительно повышает сопротивляемость белков, жирных кислот и ДНК окислительному воздействию радикалов.
Статья Щепинова не осталась незамеченной. Особый интерес она вызвала у успешных бизнесменов от науки Чарльза Кантора и Роберта Молинари. Вдохновленные работой российского ученого, они совместно со Щепиновым основали компанию Retrotope.
У идеи Щепинова масса критиков, и их возражения вполне резонны. «Во-первых, — спрашивают они, — как доставить изотопы именно в те цепочки, которые в них нуждаются? В конце концов в организме множество триллионов ковалентных связей, и лишь небольшое их количество подвержено воздействию свободных радикалов. Во-вторых, как же быть с безопасностью? Хорошо известно, что тяжелые изотопы могут представлять опасность для человека».
Оказывается, никаких особых проблем нет. Действительно, некоторые тяжелые изотопы радиоактивны (например, водород-3 (тритий) и углерод-14), и по соображениям безопасности от них следует отказаться. Другие изотопы, в частности дейтерий и углерод-13, столь же стабильны, как обычный водород и углерод-12. Оба эти изотопа в малых количествах встречаются в природе и входят в состав ряда молекул нашего организма.
Судя по всему, дейтерий и углерод-13 практически не токсичны. Так, мыши, вскормленные пищей, обогащенной углеродом-13, отличаются нормальным здоровьем (при том что 60% атомов углерода в их организмах замещено углеродом-13). К дейтерию тоже нет особых замечаний — десятилетия экспериментов с животными, употреблявшими тяжелую воду, позволили прийти к выводу: 20% воды в организме можно заместить тяжелой водой без каких-либо побочных эффектов.
Подобные исследования проводились и с участием человека, правда, дейтерий принимался в меньших дозах. В ходе одного из недавних экспериментов ученые доказали, что содержание тяжелой воды в организме человека может достигать 2,5% без вреда для здоровья. Кроме того, науке известно, что некоторое количество дейтерия содержится в белках.
Тем не менее тяжелую воду нельзя назвать абсолютно безопасной. У млекопитающих отравление наступает при 20%-ном содержании дейтерия в воде, а летальный исход обеспечен при 35%-ном. Но чтобы отравиться, нужно выпить просто огромное количество тяжелой воды, а это практически нереально.
Щепинов и компания Retrotope вовсе не собираются торговать тяжелой водой как эликсиром вечной молодости. Планируется выпускать продукты питания, насыщенные тяжелыми изотопами, под торговой маркой iFood. Этот метод имеет немало преимуществ, поскольку позволяет направлять тяжелые изотопы в наиболее уязвимые углеродно-водородные ковалентные связи. Из всех 20 аминокислот, в которых нуждается человек, 10 организм вырабатывать не способен, и они должны быть представлены в рационе питания. Иными словами, получая продукты, содержащие аминокислоты со связями, уже укрепленными тяжелыми изотопами, белки организма человека приобретают и эти усиленные ковалентные связи. Ряд элементов, формирующих жиры и ДНК, тоже поступает в организм только с пищей, следовательно, метод Щепинова применим и в этом случае.
Такой подход совершенно безопасен для человека, ведь атомы дейтерия, связанные с углеродом в аминокислотах, не будут «перетекать» в воду, содержащуюся в организме. Компания обдумывает возможность выпуска мясных, молочных продуктов или яиц, обогащенных дейтерием, а также производство обогащенного изотопами фуража.
Пока продукция iFood остается только теоретической концепцией, и для ее реализации необходимо подобрать корректное сочетание ингредиентов. Этой проблемой сегодня занимаются Институт биоорганической химии (Москва) и Минский государственный университет.
Компании Retrotope предстоит решить еще один вопрос — справиться со стоимостью производства. По нынешним ценам литр тяжелой воды обходится в $300. «Изотопы дороги, но это ничем не обосновано. Существуют методики их получения, но в изотопах никто не нуждается», — говорит Щепинов. Пока нет спроса, нет и стимула к массовому производству, потому цена остается высокой.
Тем не менее все сложности и препятствия не помешали компании Retrotope запустить исследовательский проект по проверке главной идеи Щепинова. Группа ученых московского Института биологии старения недавно проводила эксперименты, подкармливая дрозофил тяжелой водой в разных дозах, чтобы изучить влияние изотопов на срок жизни. И хотя большие объемы оказались смертельными, в малых количествах тяжелая вода продлевала срок жизни дрозофил на 30%.
Начало многообещающее, но пока еще слишком рано говорить о применении данного открытия для продления жизни человека. И пока компания изучает тяжелую воду как возможный эликсир молодости, биохимик Щепинов занят исследованием других сторон практического использования изотопного эффекта, сообщает авторитетный журнал The New Scientist. Он полагает, что изотопы могут защитить астронавтов, долгое время находящихся в космосе, от губительного воздействия космического излучения и прочих видов ионизирующей радиации.
Борьба со свободными радикалами — настоящая проблема во многих областях: в сфере разработки лекарств от рака, в косметической хирургии и даже в производстве электроники.
Конечно, все вышесказанное вовсе не означает, что Щепинову удалось решить проблему, над которой лучшие умы человечества трудились тысячелетиями. Вполне возможно, что его гипотеза найдет более прозаичное и прагматичное применение — например, позволит уберечь цветной пластик от выцветания под воздействием солнечной радиации. Но до тех пор, пока никто не опроверг теории россиянина Щепинова, нам остается надеяться, что в один прекрасный день его изобретение подарит нам молодость и долгие годы жизни.
