В поисках эликсира молодости (Предварительный анализ роли дейтерия в деградации ДНК)

Согласно полученным данным, старение связано с постепенным накоплением ошибок ДНК, возникающих в связи с разрывом цепей, с ошибками при репликации ДНК или с дисфункцией механизмов репарации ДНК. В связи с этим, логично рассмотреть факторы, которые неблагоприятно воздействуют на ДНК, и исследовать результат их удаления из клеточной среды. Хотя считается, что самым распространённым мутагеном, который повреждает ДНК, является низкоуровневая солнечная радиация, на ДНК также отрицательно воздействует и тяжелая вода (D2O, оксид дейтерия). Концентрация тяжелой воды в воде на поверхности Земли составляет 155 частей на миллион молекул воды (ppm). Из-за того, что этот показатель кажется низким, на него обычно не обращают внимания. Однако, действуя в течение длительных периодов времени, низкий уровень дейтерия может приводить к разрушению ДНК, особенно в сочетании с радиацией и другими мутагенами. Как показали последние исследования, обычно игнорируемый оксид дейтерия может играть в процессе старения ключевую роль.

Как только «Лимит Хейфлика» (Hayflick Limit) достигнут, концы хромосом начинают слипаться вместе, в результате чего в клетках запускается апоптоз (apoptosis - самоубийство клеток) или механизмы старения, предотвращающие мутации. Это предопределяет верхний порог продолжительности жизни.

Продолжительность жизни и количество дупликаций фибробластов взаимосвязаны. Продолжительность жизни мыши максимум 3 года, ее фибробласты претерпевают 15 дупликаций; курица живёт максимум 12 лет, а дупликаций фибробластов – 25; галапагосская черепаха живёт 175 лет, а дупликаций – 130. (2) Эти разновидности животных и птиц отличаются как начальной длиной теломеры, так и количеством звеньев теломеры, теряемых при каждом делении клетки.

Если бы до наступления этих ограничений не было влияния других факторов, люди, возможно, жили бы намного дольше. Одним из главных факторов, ограничивающих срок жизни, является естественное повреждение ДНК. Кроме повреждения ДНК из-за прямого действия радиации, ДНК также повреждается свободными радикалами, производимыми радиацией, мутагенами и естественными метаболическими процессами.

Существуют веские доказательства того, что старение связано с нарушением целостности ДНК. В исследованиях, выполненных доктором Говардом Дж. Кёртисом из Национальных Лабораторий Брукхэвена (Dr. Howard J. Curtis of Brookhaven National Labs), мыши облучались сублетальными дозами радиации для изучения отдалённых последствий. Это исследование было выполнено еще в 1960-х годах как часть Программы подготовки космонавтов «Гемини» (Gemini Astronaut Program). Космонавты особенно подвержены воздействию повышенной радиации из-за фонового космического излучения и недостаточной защиты в легких космических капсулах. Хотя космонавты и подвергались повышенной радиации во время полетов «Аполлона», время облучения было относительно недолгим. Но в случае двухгодичного полета человека на Марс, радиация становится серьезной проблемой.

Атмосфера Земли обеспечивает экранирование от большей части космического излучения, но часть космических лучей и протонов, излучаемых солнцем, проникают через атмосферу и достигают поверхности Земли. Это излучение вместе с природными земными радиоактивными источниками создают ионизирующую радиацию, которая отрицательно воздействует на ДНК. В теле человека почти все повреждения ДНК устраняются благодаря механизмам репарации ДНК. Тем не менее, в некоторых случаях механизмы репарации ДНК нарушаются, что приводит к заболеваниям, которые стимулируют старение.

Примеры нарушений репарации ДНК. Определить, что старение связано с ДНК, можно также по редким наследственным заболеваниям, когда мутируют гены, поддерживающие целостность генома. Например, повреждение генов, ответственных за репарацию ДНК, может вызвать преждевременное старение и характерные его проявления: морщины, седые волосы и укороченную продолжительность жизни. При заболеваниях прогерией (Werner’s syndrome) волосы седеют уже в возрасте двадцати лет, а после сорока появляются такие признаки старения, как катаракта, остеопороз и атеросклероз. Этот синдром возникает из-за мутации в гене WRN, который кодирует ядерный белок для сохранения теломер и репарации ДНК. Синдром Коккейна (Cockayne syndrome) вызван мутациями генов, отвечающими за репарацию ДНК в процессе копирования (transcription-coupled DNA repair). Хотя у пациентов не наблюдаются признаки преждевременного старения, их срок жизни очень ограничен.

Безошибочная репарация ДНК. Возможно, старение вызвано не мутациями в ДНК вообще, а только мутациями в генах, отвечающих за безошибочную репарацию и репликацию всей ДНК. В 1974 году Р. У. Харт и Р. Б. Сетлоу (R. W. Hart and R. B. Setlow), опубликовали свой доклад «Взаимосвязь между процессами репарации ДНК удалением повреждённых участков и продолжительностью жизни млекопитающих» (5), в котором оценивалась способность фибробластов совершать внеплановый синтез ДНК (unscheduled DNA synthesis) после ультрафиолетового облучения (УФ-облучение). Способность фибробластов совершать внеплановый синтез ДНК является показателем репарации ДНК за счет удаления повреждённых участков.

Таблица. 1. Старение является неизбежным следствием снижения эффективности репарации ДНК. (4)

Преодолеть барьер старения. Считается общепринятым, что старение является нелинейным процессом. Скорость старения увеличивается со временем, поэтому люди к концу обычного жизненного цикла стареют быстрее. Тело можно рассматривать как чрезвычайно сложную систему, контролируемую многочисленными цепями обратной связи. И когда какая-то одна цепь нарушена, она существенно влияет на остальные, в результате вся система в целом начинает работать не в оптимальном режиме. Когда этот процесс сопровождается ухудшением общего здоровья клеток, может произойти критическое нарушение, то есть смерть. В 1963 году Орджел (Orgel) опубликовал оригинальную статью по старению: «Соблюдение точности синтеза белка и его влияние на процессы старения». (6) Орджел предположил, что синтез белка происходит с начальным количеством ошибок P₀ и скорость накопления ошибок возрастает пропорционально некой константе α:

dp/dt=αp [1].

Решением этого дифференциального уравнения является зависимость:

p=p₀e^at [2].

Харт и Сетлоу установили, что «и интенсивность и степень внепланового синтеза ДНК после УФ-облучения фибробластов выше у млекопитающих с большей продолжительностью жизни». (5) В данной модели УФ-облучение имитирует естественное старение и износ клеточных ДНК. Харт и Сетлоу отмечают, что «старение – это намного сложнее, чем просто нарушение механизмов репарации ДНК, связанных с удалением ее повреждённых участков». (5) Тем не менее, эти исследования доказывают, что безошибочная репарация ДНК является существенным признаком для млекопитающих с большой продолжительностью жизни.

Рис. 4. Возможная связь между накапливанием ошибок ДНК и смертностью от раковых заболеваний. «Клетки, взятые у старых людей (и у людей с синдромами преждевременного старения), показывают заметное снижение транскрипции многих генов, особенно генов, отвечающих за репликацию и репарацию ДНК, и снижение точности митоза клеток. Многие из этих изменений также вызывают рак, поэтому закономерно, что вероятность заболевания раком увеличивается с возрастом». (4)

Как видно из этой формулы, количество накапливаемых ошибок при синтезе белка со временем экспоненциально нарастает. Орджел предложил эту модель как одно из возможных объяснений прогрессирующего разрушения клеток, а не как модель старения всего организма. Тем не менее, показатели других аспектов старения также растут по экспоненте, например, зависимость частоты заболевания раком от возраста.

Несомненно, раковые заболевания и общее снижение целостности ДНК взаимосвязаны. Вероятно, накопление ошибок ДНК со временем растёт по экспоненте. Это показывает, что к концу жизненного цикла человек «сталкивается с барьером», когда целостность ДНК настолько проблематична, что нет метода восстановления всех цепей ДНК, который существенно способствовал бы продлению жизни. На данном этапе качество жизни скорее всего уже настолько серьезно нарушено, что дальнейшее продление жизни лишено смысла. Следовательно, огромное преимущество существует в сохранении целостности ДНК с раннего возраста, так, чтобы оптимизировались и продолжительность, и качество жизни.

В работах, касающихся биологического влияния низкоуровневой радиации, показано, что постепенные изменения ДНК, вызванные радиацией и другими мутагенами, невозможно обнаружить современными методами. Установлено, что интенсивное кратковременное радиационное воздействие приводит к преждевременному старению, но продолжается дискуссия, вызываются ли мутации обычными уровнями радиации. Ионизирующая радиация приводит к образованию свободных радикалов, которые атакуют ДНК, но это же происходит и во время естественных метаболических процессов. Некоторые группы ученых даже утверждают, что низкоуровневая радиация запускает «иммунный отклик», который защищает ДНК от дальнейшего повреждения. Версии на эту тему иногда выдвигаются под влиянием политических и экономических факторов. Естественные уровни ионизирующей радиации имеют слабое отрицательное воздействие, но требуется совсем небольшое число неправильно восстановленных разрывов цепей ДНК, чтобы, накапливаясь за десятилетия такого облучения, они вызывали эффекты старения.

Рис. 5. Два механизма разрыва цепей, связанных с ионизирующей радиацией.

Что отличает ионизирующую радиацию от других мутагенов – это ее способность образовывать скопления ионов и реактивных химических агентов в масштабе молекулы ДНК. Дадли Гудхед (Dudley Goodhead) обнаружил, что «даже при самых малых дозах облучения ионизированные и возбуждённые молекулы объединяются в кластеры, расположенные вдоль траектории полета отдельной частицы». (7) Исследования Гудхеда выявили, что «повреждения ДНК по большей части являются комплексными (даже при слабой рассеянной радиации), включающими комбинации из нескольких разрывов цепей и повреждений базы (то есть значительно более сложными, чем просто двухцепочечные разрывы ДНК). Эти тяжёлые повреждения представляют особую сложность для систем репарации клеток, в связи с чем была выдвинута гипотеза, что они могут преобладать в отдаленных последствиях облучения.» (7) Вне всякого сомнения, двухцепочечные разрывы ДНК, вызванные ионизирующей радиацией, более сложны для репарации, чем разрывы в одной цепи ДНК, вызванные свободными радикалами. Похоже, что ионизирующая радиация повреждает ДНК именно во время фазы репликации, приводя к повреждению, похожему на двухцепочечный разрыв и также сложному для репарации. Поэтому, любой фактор, замедляющий процесс репликации ДНК, может увеличивать время экспозиции цепей ДНК и тем самым повышать вероятность разрушения ДНК от ионизирующей радиации.

Известно, что высокий уровень дейтерия замедляет скорость митоза, но точный механизм этого процесса до сих пор неизвестен. В 1989 году Ян Лампрехт, Дитер Шрётер и Нидхарт Павелец (Jan Lamprecht, Dieter Schroeter, and Niedhard Paweletz) провели исследования влияния дейтерия на митоз в Институте Клетки и Онкологии, а также в Немецком Центре Исследований Рака в Хейдельбурге (The Institute of Cell and Tumor Biology and German Cancer Research Center in Heidelburg). (8, 9) В одном эксперименте клетки подвергались обработке тяжелой водой (оксидом дейтерия) с концентрацией 25%, 50% и 75% в течение двух часов. В другом эксперименте клетки подвергались воздействию 75%-ного оксида дейтерия в течение двух, шести, двенадцати и двадцати четырёх часов. Потом было измерено количество клеток, находящихся в профазе, метафазе, анафазе, телофазе и интерфазе (интеркинезе). Полученные данные показали, что необычно большое количество клеток находится в профазе и метафазе, особенно в метафазе. Если скорость репликации ДНК замедляется именно во время профазы, то ионизирующая радиация могла бы разрывать цепи, когда они наиболее восприимчивы к повреждению. Однако для проверки этого влияния необходимы новые эксперименты, в которых дейтерий не будет присутствовать в молекулах ДНК и ферментах, чтобы определить, ускоряется ли репликация ДНК в этом случае по сравнению с ДНК, содержащим обычные концентрации дейтерия.

Считается, что дейтерий влияет на биологические процессы благодаря механизму образования водородной связи. Водородные связи играют определенную роль в структуре ДНК и частично отвечают за придание двойной цепи ДНК формы спирали. Водородные связи, образованные атомом дейтерия, сильнее, чем образованные обычным атомом водорода.

Прочность водородных связей. Присутствие нейтрона в ядре атома водорода увеличивает атомную массу в два раза, снижая тем самым частоту межмолекулярных колебаний. (10) Это приводит к эффекту увеличения силы водородных связей. Физические свойства оксида дейтерия лишь немного отличаются от аналогичных свойств оксида водорода, или нормальной воды. В водных растворах прочность водородных связей оксида дейтерия больше на 0,24 Ккал/моль, то есть приблизительно больше на 6%, чем в чистой воде. (10) Прочность водородных связей в органических соединениях обычно ниже, и ее трудно измерить непосредственно. Однако, используя функции распределения колебательных мод из статистической термодинамики, можно сконструировать точную модель, чтобы рассчитать физические и химические свойства оксида дейтерия. Мартин Кума и Стив Шэйнер (Martin Cuma and Steve Scheiner) использовали функции Гаусса для расчета увеличения прочности водородных связей при замене водорода дейтерием в обычных органических группах. (11)

Рис. 6. Влияние замещения дейтерием водорода на прочность водородных связей, как описано во «Влияние изотопной замены на прочность водородных связей в обычных органических группах». (11) Пунктирными линиями обозначены водородные связи. Замена водорода дейтерием имеет относительно большее влияние на общую прочность связей, когда атом непосредственно участвует в водородных связях. Значения показаны в Ккал/моль.

Табл. 1. Прочность водородных связей, изменённых присутствием атома дейтерия в водородных соединениях. Замена некоторых атомов водорода атомами дейтерия имеет очень незначительный эффект, как это показано в колонке (Мин. Н-связи при D-замене). В других случаях эффект значительнее, как в колонке (Крит. Н-связи при D-замене). Максимальный эффект возникает, когда все атомы водорода заменены атомами дейтерия, как показано в колонке (Макс Н-связи при D-замене). .

Табл. 2. Усиление прочности D-связей в процентах по сравнению с обычными H-связями, в соответствии с данными Табл. 1.

Водородные связи в ДНК. В ДНК интерес представляют водородные связи Г-Ц и А-Т, которые образуются между цепями двойной спирали. Трудно определить точное значение силы связей дейтерия в ДНК. Оценки прочности отдельных водородных связей в ДНК были сделаны Тёрнером и Сагимото (Turner and Sugimoto), однако точность их модели остается под вопросом. (12) Гриффитс (Griffiths) считает, что связи дейтерия в ферментах, воздействующих на ДНК, обычно на 0.4 -1.7 КДж/моль прочнее обычных водородных связей. (13) Замена водорода на дейтерий в ДНК, несомненно, влияет на прочность связей, тем не менее, очень сложно определить эту степень влияния. Ее можно только оценить различными методами, требующими большого объёма вычислений.

Рис. 7. Пример водородных связей в процессах ДНК. «РНК-полимераза транскрибирует некоторые гены в ДНК. Полимераза распознаёт эти гены, потому что у них есть промоторы (PROMOTERS, стимуляторы).

ПРОМОТОР – связывающий участок РНК-полимеразы в ДНК, который находится непосредственно перед геном. Для Т7 РНК-полимеразы, последовательность ДНК, образующая промотор, будет TATAGTGAGTCGTATTA на матричной цепи. РНК-полимераза распознаёт последовательность промотора по водородным связям: Аргинин-756 создаёт две водородных связи с Гуанином-9; Глутамин-758 образует 2  водородных связи с Аденином-8, Аргинин-746 образует 2 водородных связи с Гуанином-7. Это лишь некоторые ДНК-белковые взаимодействия, участвующие в распознавании промотора». (14)

Длина водородных связей. При репликации и репарации ДНК крайне важна форма молекул фермента, которые управляют этими процессами. Дейтерий несколько укорачивает длину связи и подавляет надлежащее функционирование ферментов. Но этот эффект по всей видимости крайне незначителен, возможно порядка 1%.
Вообще говоря, образование водородных связей в ДНК – это кооперативный процесс, который влияет на стэкинг-взаимодействия и вовлекает всю молекулу. Если мы используем ферменты в качестве проводников, то прочность связей дейтерия в ДНК больше на 0.5-2%, чем обычных водородных связей. Когда рассматриваются малые концентрации дейтерия, встречающиеся в природе, и незначительное возрастание силы связей дейтерия по сравнению с водородными связями, появляется соблазн сделать вывод, что дейтерий не оказывает сколько-нибудь значимого отрицательного воздействия на ДНК при концентрации 155 ppm. Однако кроме усиления прочности водородных связей у дейтерия есть и другие потенциально вредные воздействия.

Дейтерированные ферменты: Еще в 1974 году высказывалось предположение, что дейтерий является возможной причиной старения. Одна из известных теорий утверждала, что дейтерий отрицательно влияет на форму молекул ферментов, вовлечённых в ДНК процессы. Это основная концепция была выдвинута Гриффитсом (Griffiths) в работе: «Возможная роль дейтерия в стимулировании и развитии старения и других биологических механизмах и процессах».

Вмешательство дейтерия в репарацию ДНК ферментами. Большая группа ферментов и белков участвует в репликации и репарации ДНК. (15) Некоторые ферменты, участвующие в репликации и репарации ДНК, активно используют внешние водородные связи. Эти ферменты потенциально очень восприимчивы к отрицательному воздействию присутствующего дейтерия. Один важный белок p53 играет важную роль в репарации ДНК. «Несколько различных типов повреждений ДНК могут активировать p53, например, двухцепочечные разрывы ДНК, вызванные гамма-радиацией, или появление посредников репарации ДНК после УФ-облучения или химического повреждения ДНК». (16) Интересно отметить, что более 50 % заболеваний раком у людей сопровождаются мутацией гена, образующего белок p53.

Замедление репликации ДНК. Дейтерий может также ингибировать фермент DnaB, который отвечает за расплетание и сепарацию ДНК во время репликации. Другие ферменты, такие как праймаза и полимераза (Primase and polymerase), играют важную роль в синтезировании РНК и в присоединении нуклеотидов к цепи ДНК в процессе репликации. Если действие одного из этих ферментов подавлено, скорость репликации ДНК может быть заметно снижена, когда ДНК более всего подвержена повреждениям от радиации. Таким образом, дейтерий может служить катализатором деградации ДНК при естественном уровне радиационного облучения.

Ингибирование участков связывания при репарации ДНК. Процесс репликации ДНК в какой-то мере схож с репарацией двухцепочечного разрыва ДНК. Комплекс ферментов распознает разрывы и воссоединяет цепи ДНК, расположенные на определённых участках связывания. Водородные связи часто действуют на этих участках связывания. Если на этих участках находится дейтерий, то стерические эффекты и усилившаяся прочность связей могут затормозить репарацию ДНК. В свою очередь, если скорость репарации ДНК значительно снижена, ионизирующая радиация может продолжать препятствовать процессу репарации, когда цепь разрушена и чувствительна к дополнительному радиационному повреждению.

Полностью дейтерированная вода, известная как тяжёлая вода, токсична. Первоначально её использовали как замедляющее вещество на атомных электростанциях. В основном из-за того, что дейтерированная вода легко доступна, а обеднённая дейтерием вода (ОДВ) (известная как легкая вода - Прим. переводчика) встречается гораздо реже, проводилось относительно мало исследований биологических воздействий ОДВ по сравнению с тяжёлой водой. Было бы логично подумать, что если увеличение количества дейтерия по отношению к природным значениям приводит к незначительным результатам, то и его уменьшение не окажет влияния. Но нужно учесть тот факт, что дейтерий существует в природе давно, и поэтому, возможно, благодаря эволюции человеческий и другие живые организмы выработали механизмы защиты от дейтерия или механизмы его подавления в организме. В какой-то степени аналогично pH-буферизации, клетки обладают способностью снижать отрицательное воздействие повышенного количества дейтерия. В пользу того, что у организма человека есть способность подавлять дейтерий, свидетельствует тот факт, что обычно в организме находится 80% от дейтерия, встречающегося в природе. Резонно отметить, что если бы дейтерий не оказывал опасного воздействия на организм, то организм не пытался бы вытеснять его. Заметим также, что все организмы на планете подвергаются воздействию малых количеств дейтерия в течение всей жизни. Из-за отсутствия контрольной группы оценить это воздействие затруднительно.

Исследования воздействия дейтерия на водоросли (Algae). Много работ по изучению воздействия дейтерия на биологические организмы проводилось в Аргонской Национальной Лаборатории (Argonne National Laboratory) в 1960-х. Работы продолжаются и по сей день на различных видах цианобактерий (сине-зелёные водоросли, blue-green algae). Большинство водорослей может расти в 100-процентной тяжёлой воде, но намного медленнее, чем в обычной водопроводной воде. (17) Успешность адаптации организма к тяжёлой воде в некоторой степени зависит от сложности структуры его ДНК. Организмы с относительно малыми размерами генома (порядка 3-4 миллионов пар оснований в водорослях и бактериях) и несложными механизмами репарации (18) могут успешно адаптироваться к жизни в чистом оксиде дейтерия. У млекопитающих, например, мышей с размером генома порядка 3 миллиардов пар оснований начинаются конвульсии, если более 25% воды в их теле замещено оксидом дейтерия. (19)

Изучение реакций мышей на высокий уровень содержания дейтерия. Исследования проводились на мышах, которым давали 20% и 30% раствор оксида дейтерия, после чего облучали радиацией, уровень которой был близок к летальному. (20) В одной серии экспериментов мышам давали оксид дейтерия в течение двенадцати дней, после чего их облучали дозой в 8.5 Грэй. В одном случае смертность была значительно ниже в группе, где давали оксид дейтерия, чем в группе, где его не давали. В другом исследовании «смертность от общего облучения радиоактивным бором, в отличие от общего облучения рентгеновскими лучами, не была снижена при потреблении оксида дейтерия». (21) Эти тесты были проведены для оценки пользы оксида дейтерия и радиотерапии в лечении злокачественных опухолей человека. Вероятно, что, замедляя деление клетки, высокие уровни дейтерия могут защищать от кратковременного радиационного облучения. Однако при дальнейшем повышении содержания дейтерия наступают обратные эффекты, что ограничивает его клиническое применение.

Только в последние десять лет началось изучение влияния уменьшения дейтерия на человеческий организм. Большинство этих исследований были проведены в Венгрии и Румынии, где имеется доступная обеднённая дейтерием вода (ОДВ). В исследования были включены и люди и животные с онкологическими заболеваниями.

Изучение взаимодействия радиации и низкого уровня дейтерия на мышах. Особенного внимания заслуживают исследования, проведённые В. Билдом и др. в Румынском Университете Медицины и Фармакологии (W. Bild, et al at the RomanianUniversity of Medicine and Pharmacy). (22) Мышей поили ОДВ в концентрации 30 Ppm в течение 15 дней, одновременно их облучали сублетальной дозой радиации 8.5 Грэй. Контрольной группе мышей давали водопроводную воду и облучали такой же дозой радиации. У опытной группы коэффициент выживаемости составил 61%, а у контрольной группы 25%. В опытной группе оставались нормальными показатели лейкоцитов и эритроцитов по сравнению с контрольной группой. Опытная группа мышей, которые были заражены K. pneumonia 506 и S. pneumonia 558, а затем были облучены или лечились циклофосфамидом, показала увеличенные параметры неспецифического иммунитета. Общие результаты исследований показали интенсификацию иммунной защиты и увеличение пролиферации периферийных эритроцитов по сравнению с контрольной группой, что можно рассматривать как проявление защитных свойств от радиации. Этот тест был проделан для того, чтобы оценить действие ОДВ на пациентов, проходящих химиотерапию. Однако эти результаты также могут указывать на взаимосвязь между отрицательными влияниями радиации и дейтерия, как факторами старения.

Возможные механизмы обнаруженных эффектов при исследовании мышей. Как говорилось ранее, дейтерий замедляет скорость митоза, а также предположительно может оказывать негативное воздействие на фазе репликации ДНК (S), когда ДНК более всего чувствителен к радиации. Радиация дозой 8.5 Грэй приводит к двухцепочечным разрывам ДНК, а также к процессам усиленного разрушения ДНК во время репликации. Было отмечено, что у мышей с меньшим уровнем дейтерия в организме происходит меньше ошибок при делении клеток и эффективнее восстанавливаются молекулы ДНК, поврежденные радиацией. Эти феномены можно рассматривать как случай многократного ускорения того, что происходит в течения всего периода облучения солнечной радиацией. Даже при очень низких концентрациях дейтерий может замедлить процессы репликации ДНК или может вмешаться в репарацию ДНК, поврежденной солнечной радиацией. При одновременном воздействии низкой концентрации дейтерия и солнечной радиации в течение всей жизни ошибки накапливаются в ДНК и вносят свой вклад в старение.

Хотя существует относительно мало данных о воздействии ОДВ на здоровых людей(*), имеется много данных по воздействию ОДВ на больных раком. Габор Сомлай (Gabor Somlyai) успешно использовал ОДВ для лечения раковых больных в Венгрии в течение последних десяти лет. (23) Клинические испытания проводились «двойным слепым» методом, при этом препарат предоставлялся пациентам на добровольных началах в качестве вспомогательного лечения (compassionate use of DDW as an adjuvant treatment).

Промежуточный анализ выявил значительное различие результатов контрольной и опытной групп в отношении исследуемых параметров, что показывало антиопухолевый эффект препарата.

Статистическая оценка охватывала 55 пациентов с тяжелыми стадиями заболевания А). Рис. II. 4 показывает график выживаемости пациентов с тяжелыми стадиями рака груди, потребляющими легкую воду (ОДВ).

Рис. II.4 График выживаемости больных раком груди, находящихся на лечении после появления отдалённых метастазов.

Таким образом, существует множество клинических подтверждений того, что употребление легкой воды (ОДВ) оказывает ощутимое влияние на онкологические заболевания. А поскольку рак и старение – процессы взаимосвязанные, довольно высока вероятность того, что потребление легкой воды может затормозить старение.

Хотя содержание дейтерия в источниках, питающихся от ледников, считается меньшим, чем в поверхностных водах, это различие сглаживается потоками дождевой воды, стекающими в эти источники, прежде чем они оросят возделываемые земли. Существует множество свидетельств того, что в горных регионах некоторые люди живут крайне долго, даже до 150 лет, но лишь немногие из этих данных были исследованы подробно. Особый интерес вызывали район Вилкабамба (Vilcabamba) в Эквадоре, Кавказский регион в России, долина Хунза (Hunza) в Пакистане благодаря статье доктора Александра Лифа (Dr. Alexander Leaf), опубликованной в журнале «National Geographic» в январе 1973. (24) Однако, данные по поводу Вилкабамбы были опровергнуты Р. Б. Мазесом (R.B. Mazess) в 1979 и в 1982 годах. (25, 26) Аналогично, данные о продолжительности жизни в Кавказском регионе были преувеличены из-за того, что некоторые, пытаясь избежать военной службы, завышали свой возраст. Политика бывшего Советского Союза также способствовала созданию картины превосходства жителей того региона, откуда был родом Сталин. (27) В действительности география этих регионов не обеспечивает низкие уровни дейтерия в сбегающих потоках талой воды и не соответствует предлагаемой нами модели. Но с этой точки зрения отличается регион Хунза. В отличие от Вилкабамбы и Кавказа, долина Хунза в течение года получает очень низкий уровень осадков, всего около 4 дюймов. (28) Жители Хунзы берут свою питьевую воду от тающих ледников, а также используют её для орошения. Эту область во многих смыслах можно назвать высокогорной пустыней. Хотя мы не располагаем опубликованными данными об уровнях дейтерия в долине Хунза, мы можем их очень хорошо оценить по работе Хисао Вашики «Содержание Дейтерия в Горных Водах от Таяния Природных Ледников в Гималаях» (“Deuterium Content of Stream Waters of Glacier Origin in the Himalayas” by Hisao Wushiki). (29)

Геологические исследования Гималаев, касающиеся дейтерия. В 1977 году в своей гляциологической экспедиции в Непал Хисао Вашики измерил содержание дейтерия в различных ручьях, которые впадают в речку Сан Кози (Sun Kosi River). Уровни содержания дейтерия менялись в зависимости от времени года и места нахождения. В потоках, находящихся высоко в горах, зимой и после периода муссонных дождей, уровень дейтерия наименьшим. Измеренные значения находились в диапазоне от -66 SMOW (147,6 ppm) на реке Сан Кози до -170 SMOW (131,1 ppm) в притоке Ронабук (Ronabuk), расположенном на обратном склоне горы Эверест, наиболее удаленном от Индии. Большая часть снега в Гималаях возникает из влажного воздуха, который поступает из Индии во время муссонных дождей. Этот влажный воздух богат дейтерием, но поскольку он проходит над горами, сначала выпадает тяжёлая вода, оставляя легкую воду (ОДВ), которая выпадает в виде снега высоко в горах.

Рис. 8. Террасные поля долины Хунза, орошаемые ледниковой водой, содержащей пониженные уровни дейтерия

Предполагаемое содержание дейтерия в долине Хунза. Основываясь на географии и высоте над уровнем моря, мы можем предположить, что содержание дейтерия в долине Хунза сопоставимо с данными водных источников, стекающих с ледников на горе Гозантан (Mt. Gosainthan), которая находится на высоте 8013 метров над уровнем моря и приблизительно на 700 км удалена от моря. Талые воды, сходящие с ледников горы Гозантан, содержат дейтерий на уровне -160 SMOW , что соответствует 133 ppm или уменьшению на 16% по сравнению с нормальной поверхностной водой. Жители долины Хунза пользуются талой водой с ледников на горе Ультар (Mt. Ultar), которая находится на высоте 7398 метров и удалена от моря на 1600 км. Поэтому, вероятнее всего, вода долины Хунза имеет концентрацию дейтерия 133 ppm или меньше. Уменьшение на 16% может казаться незначительным, однако, теория Гриффитса (Griffiths) предсказывает, что отрицательное биологическое воздействие дейтерия пропорционально квадрату его концентрации. (13) Хотя точный возраст людей, живущих в долине Хунза, установить затруднительно, существуют убедительные доказательства того, что пожилые обитатели данной местности энергичны и живут дольше обычного. Объяснение этого феномена, лежащее на поверхности, было связано с диетой и физическими нагрузками, но этот феномен может быть также связан с пониженной концентрацией дейтерия в воде и пище данного региона.

Употребление ОДВ отличается от всевозможных разновидностей антиоксидантов, гормонов роста человека (HGH stimulants), витаминов и других средств против старения в одном ключевом аспекте: ОДВ не меняет химический состав при усвоении. Вся употребленная ОДВ оказывает прямое воздействие на клеточном уровне. Но для того, чтобы ощутить заметный эффект, сначала из организма необходимо вывести существующий дейтерий. Посредством тепловых реакций замещения атомы дейтерия постепенно заменяются обычными атомами водорода. Этот процесс происходит быстрее всего, когда концентрация дейтерия в питьевой воде находится на самом низком возможном уровне. До тех пор, пока потребляемая пища также не будет выращиваться и готовиться с использованием ОДВ, дейтерий постоянно будет поступать в организм. Потребление ОДВ очевидно может защитить ДНК от повреждения и помочь механизмам репарации ДНК, но оно не будет непосредственно восстанавливать ДНК. Поэтому всё ещё остаётся под вопросом, «омолаживает» ли легкая вода (ОДВ) организм, но можно сказать точно, что легкая вода (ОДВ) защищает организм и помогает ему функционировать более эффективно.

Во время работы над этим докладом собирались образцы воды из долины Хунза из источников, расположенных рядом с ледником. В течение 60 дней эти образцы будут доступны в США для определения концентрации дейтерия независимой лабораторией. Это поможет установить точное содержание дейтерия в ледниковых талых водах долины Хунза.

Когда в 1974 году была выдвинута теория о повреждении ферментов дейтерием, не были доступны многие инструменты для изучения ДНК на молекулярном уровне. Например, очень хотелось бы провести эксперименты по дейтеризации ключевых ферментов, включенных в процессы репликации и репарации ДНК, а затем определить, значительно ли подавляется скорость этих процессов.

В июле 2000 года исследователи из Брукхэвенской Национальной лаборатории опубликовали сообщение о новой технологии анализа повреждений ДНК, вызванных двухцепочечными разрывами ДНК. Используются специальные ферменты, чтобы разрезать ДНК в местах локализации специфических повреждений. Затем эти сегменты разделяются и осаждаются на электрофоретический гель для измерения кластеров повреждённой ДНК. Такие же тесты можно было бы повторить, используя частично дейтерированную ДНК или полностью дейтерированную ДНК, взятые из водорослей (algae), выращенных в тяжёлой воде.

1. Shay, JW and WE Wright, Hayflick, his limit, and cellular aging. Nature Reviews. Oct. 2000,
Vol.1:73-76

2. Goldstein, S. Growth of cultured cells from the Galapagos tortoise, Exp. Cell. Res. 83:279-302

3. Prof. Jan M.L. Martin, Department of Organic Chemistry
Weizmann Institute of Science, IL-76100 Rehovot, Israel
http://www.weizmann.ac.il/~comartin/harriet.html

4. John W. Kimball , “Biology”, Addison Wesley, January 1983
Kimball's Biology Pages:
http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/A/Aging.html

5. R.W. Hart, R.B. Setlow, Correlation Between Deoxyribonucleic Acid Excision-Repair and Life-Span in a Number of Mammalian Species, Proc. Nat. Acad Sci, USA, Vol. 71, No. 6, 2169-2173, June 1974

6. L.E. Orgel, The Maintenance of the Accuracy of Protein Synthesis and Its Relevance to Aging, Biochemistry, Vol. 49, 517-521, 1963, February 15, 1963

7. Goodhead, D.T.
MRC Harwell, Radiation and Genome Stability Unit
http://www.ragsu.har.mrc.ac.uk/damage/index.htm (изменен - прим. Переводчика)

8. Lamprect, J., European Journal of Cell Biology 51: (2) 303-312 "Mitosis Arrested By Deuterium Oxide - light microscopic, immunofluorescence and ultrastructural characterization" Stuttgart, Germany: Wissenschaftliche Verlag GMBH, April 1990.

9. Schroeter D., European Journal of Cell Biology 58:(2) 365-370 "Deuterium Oxide Arrests the
Cell-Cycle of PTK2 Cells During Interphase" Stuttgart, Germany:
Wissenschaftliche Verlag MBH, August 1992.

10. George Nemethy, Harold A. Scheraga, “Structure of Water and Hydrophobic Bonding in Proteins. IV. Thermodynamic Properties of Liquid Deuterium Oxide”, Journal of Chemical Physics, Aug. 1964, Vol. 41, No. 3, 680-689

11. Martin Cuma, Steve Scheiner, “Influence of Isotopic Substitution on Strength of Hydrogen Bonds of Common Organic Groups”, Journal of Physical Organic Chemistry, Vol. 10, 383-395, 1997

12. Turner, Sugimoto, Free Energy increments for hydrogen-bonds in nucleic acid base pair,
J. Am. Chem. Soc. 109, 3783-85

13. T. Redston Griffiths, The Possible Roles of Deuterium in the Initiation and Propagation of Aging and Other Biological Mechanisms and Processes, Proceedings of the Second International Conference on Stable Isotopes, October 20-23, 1975 Oak Brook Illinois

14. Dr. John Barnard, Department of Microbiology
State University of New York at Buffalo
http://www.acsu.buffalo.edu/~jbarnard/rnap.html (изменен - прим. Переводчика).

15. R.D. Wood, M. Mitchell, J. Sgouros, T. Lindahl, Human DNA Repair Genes,
Science, Vol. 291, 1284-1289, February 16, 2001

16. Levine, Arnold J, p53 the Cellular Gatekeeper for Growth and Division,
Cell, Vol. 88, 323-331, February 7, 1997

17. Joseph J. Katz, Chemical and Biological Studies with Deuterium, Thirty-Ninth Annual Priestley
Lectures, PennsylvaniaState University, April 26-29, 1965

18. Malhotra K., Kim S.-T., Batschauer A., Dawut L., Sancar A., Putative blue-light photoreceptors from Arabidopsis thaliana and Sinapis alba with high degree of sequence homology to DNA photolyase contain the two photolyase cofactors but lack DNA repair activity. Biochemistry 34: (1995) 6892-6899.

19. Thomson J.F. Biological Effects of Deuterium, New York, New York, The Macmillan Company, 1963

20. Laissue JA, Bally E, Joel DD, Slatkin DN, Stoner RD, Protection of mice from whole-body gamma radiation by deuteration of drinking water, Radiat Res 1983 Oct;96(1):59-64

21. Slatkin DN, Stoner RD, Gremme AM, Fairchild RG, Laissue JA, Whole-body irradiation of deuterated mice by the 10B(n, alpha)7Li reaction, Proc Natl Acad Sci USA 1983 Jun; 80(11):3480-4.

22. Bild W, Stefanescu I, Haulica I, Lupusoru C, Titescu G, Iliescu R, Nastasa V., Research Concerning the Radioprotective and Immunostimulating Effects of Deuterium-depleted Water, Romanian Journal of Physiology, 1999 Jul-Dec; 36(3-4): 205-18

23. Gabor Somlyai, The Biological Effects of Deuterium Depletion, HYD Ltd., 2001, ISBN:0-7596-9261-0

24. Alexander Leaf, M.D., Every Day Is a Gift When You Are Over 100, National Geographic,
January 1973

25. Mazess RB; Forman SH, Longevity and age exaggeration inVilcabamba, Ecuador.,
Journal Gerontol 1979 Jan; 34(1):94-8

26. Mazess RB; Mathisen RW, Lack of unusual longevity in Vilcabamba, Ecuador, Human Biology,
1982 Sep; 54(3):517-24

27. Aeiveos Corporation
http://www.aeiveos.com/longevity/

28. http://www.mysiliguri.com/darjeeling/climate.htm (источник не ясен - прим. Переводчика)

29. Hisao Wushiki, Deuterium Content of Stream Waters of Glacier Origin in the Himalayas,
Glaciological Expedition of Nepal, Contribution No. 37, 40-42, 1977, National Snow and Ice
Data Center, World DataCenter for Glaciology, Phone: 303-492-4004

Perry A. Frey, Strong Hydrogen Bonding in Molecules and Enzymatic Complexes, Magnetic Resonance in Chemistry, 2001, Vol. 39, 190-198

S. Scheiner, M. Cuma, Relative Stability of Hydrogen and Deuterium Bonds, J. Am. Chem. Soc., 199,
1511-1521.

Ioannis Vakonakis, Miguel Salazar, Mijeong Kang, Kim R. Dunbar & Andy C. LiWang, Deuterium
Isotope Effects and Fractionation Factors of Hydrogen-Bonded A:T Base Pairs of DNA, Journal of
Biomolecular NMR, 25: 105-112, 2003