DARPA хочет перепрограммировать "часы жизни"

В каждом живом организме тикают невидимые часы, которые определяют течение всех биологических процессов: от скорости деления клеток до старения и смерти. Оборонное научное агентство DARPA считает, что можно найти и перенастроить эти часы, комбинируя биологию, приемы взлома кодов, математику и информатику.

Если эта программа Пентагона под названием Biochronicity увенчается успехом, человечество получит ответы на множество важнейших вопросов: почему рак так быстро распространяется, каким образом стволовые клетки самостоятельно обновляются и почему клетки запрограммированы на смерть. Это будет эпохальный прорыв, который возможно позволит управлять жизнедеятельностью людей и даже победить смерть.

Ученые уже достаточно хорошо изучили внутренние процессы, протекающие в живых организмах. Например, мы знаем, что углеводы, которые мы едим, расщепляются до глюкозы, а затем превращаются в АТФ - энергию, которая питает каждую клетку нашего организма. Но, как ни странно, до сих пор точно не измерено время этих превращений и механизм, который определяет его. Учитывая, насколько важно измерение времени в других областях науки, от химии до квантовой механики, действительно удивительно, как мало внимания вопросу времени уделяется в биологии.

Очевидно, что все жизненные процессы зависят от какого-то внутреннего механизма измерения времени. "Установка часов" может происходить один раз в жизни, например гормонами в период полового созревания или повседневно – при обычном метаболизме превращения пищи в энергию. Хотя ученые и обнаружили множество различных компонентов наших внутренних часов, ни один из них не был идентифицирован как главный регулятор большой системы, которая контролирует временные процессы организма.

DARPA хочет найти главный регулятор, а затем использовать эти знания для разработки "прогнозных моделей молекулярно-временных событий, клеточного цикла, продолжительности жизни, старения и гибели клеток, реакции на стресс, эффективных стратегий лечения и доставки лекарств". Ключевым словом является прогноз – ученые DARPA уже не довольствуются описанием функционирования клеток и ферментов, а хотят иметь математические модели и алгоритмы, позволяющие предсказать развитие биологической системы.

В отношении биологических процессов, где время играет важную роль, например старения и онкологических заболеваний, мы до сих пор не можем точно сказать, когда они начинаются, сколько продлятся и почему они происходят. Ученым известно, что некоторые части ДНК на конце хромосом, называемые теломеры, сокращаются каждый раз, когда клетка делится. Это играет важную роль в старении и смерти клеток. Биологи также уверены, что нормальные клетки превращаются в раковые через серию мутаций, которые мешают нормальному росту тканей. Но когда именно клетка достигает запрограммированной смерти или когда раковые клетки начинают копироваться, пока неизвестно.

В течение многих лет ученые полагали, что секвенирование ДНК поможет выявить гены, ответственные за различные болезни, и "выключение" этих генов станет панацеей от множества недугов. Однако все оказалось не так просто, поскольку на экспрессию генов влияют множество факторов: от условий в утробе матери, до воздействия на отдельные клетки.

Таким образом, чтобы обнаружить "часы" в геноме человека, возможно понадобится изучить взаимодействие генов в рамках более крупных клеточных процессов и факторов окружающей среды. Это сложный и кропотливый процесс, но успех сулит огромные перспективы.