Seger över åldrande är en långvarig mänsklig dröm. Trots många studier förstår forskare dock inte helt varför kroppens funktioner gradvis störs med åldern och organen misslyckas. "Lenta.ru" talar om ett nytt jobb som förklarar omöjligheten av evig ungdom i modern verklighet.
En av de viktigaste upptäckterna i biologin om mänskligt åldrande gjordes för över 50 år sedan. År 1961 upptäckte anatomiprofessor vid University of California, Leonard Hayflick, att mänskliga celler dör efter cirka 50 divisioner, och när de närmar sig denna punkt visar de tecken på åldrande. Detta fenomen har associerats med förkortning av telomerer - ändarna på kromosomer som skyddar en vital del av DNA från skador. När telomerer helt försvinner startar cellen en självförstörande mekanism.
Även om förkortning av telomerer fortfarande anses av vissa anti-aging-aktivister som huvudorsaken till långsam förfall och efterföljande död, har forskare föreslagit andra teorier. Till exempel den gradvisa ackumuleringen av mutationer i DNA, evolutionär programmering eller påverkan av fria radikaler. Trots att nästan ett halvt sekel har gått sedan upptäckten av Hayflick-gränsen finns det fortfarande ingen fullständig förståelse för vad som exakt får levande organismer att åldras.
Gerontologen Brett Augsburger vid Auburn University i USA har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt för att klargöra orsakerna till åldrande. I sitt papper, vars förtryck publicerades i bioRxiv.org-förvaret, föreslog han att nyckeln till att lösa problemet kan vara icke-jämviktstermodynamik, som beskriver system som inte är i termodynamisk jämvikt. Enligt forskaren beror den förväntade livslängden på förstörelsen av biologiska molekyler och den oundvikliga förlusten av information. Det blir tydligt varför seger över åldrande är omöjlig inom en snar framtid: grundläggande fysiska lagar gör kroppens slitage oundviklig.
Det nya tillvägagångssättet förklarar några av de paradoxer som uppstår i andra åldrande modeller, samt avslöjar de grundläggande bristerna i teorin om engångs soma, som föreslogs 1977 av den engelska biologen Thomas Kirkwood.
Engångssomateorin antar att kroppen måste ha en viss mängd energi för att upprätthålla ämnesomsättning, reproduktion, återhämtning och andra funktioner. Eftersom mängden mat alltid är begränsad måste du kompromissa. Eftersom de mekanismer som är ansvariga för regenerering inte får tillräckligt med energi börjar kroppen åldras. Vissa experter tror att den begränsande resursen är tid, inte energi. Enligt denna synpunkt finns det en optimal graviditetstid för varje organism när avkomman kommer att vara mest livskraftig. Det begränsar dock hur mycket tid du kan ägna åt tillväxt och utveckling. Således påverkas utvecklingshastigheten och dräktighetsperioden av naturligt urval. Att påskynda graviditeten begränsar tidenavsatt för reparation av cellskador. Detta leder i sin tur till ackumulering av defekter och en minskad förväntad livslängd jämfört med organismer med lång graviditet.
Kromosomer med telomerer
Kampanjvideo:
Bild: US Department of Energy Human Genome Program
Den andra lagen om termodynamik föreslår att någon form av energi tenderar att gå in i ett mindre ordnat tillstånd - med andra ord, att försvinna i rymden. Varje icke-jämviktssystem, inklusive levande organismer, kommer att omvandla energi på detta sätt tills en jämviktspunkt nås - i detta fall dödstillståndet. Många varelser klarar övergången till ett jämviktstillstånd tillräckligt länge för att utvecklas och reproducera. För olika arter tar den här tiden från flera timmar till decennier.
Hayflick-gräns, begränsande delning av somatiska celler
I en levande organism, långt från tillståndet av termodynamisk jämvikt, koncentreras fri energi i de kemiska bindningarna i stora biomolekyler. Detta gör det möjligt att fortsätta med olika processer, från att fälla ut proteiner och att riva ut DNA till hydrolys, oxidation och metylering. Auxburger modellerade ett system som visade att biomolekyler oundvikligen måste brytas ned, vilket resulterar i energiförlust. Dessutom bidrar alla processer som förekommer i kroppen till att närma sig ett tillstånd av jämvikt, inklusive generering av elektriska impulser.
Författaren till arbetet kom till slutsatsen att mekanismerna för återställning av molekyler inte garanterar att informationen i DNA kommer att bevaras i enskilda celler, därför måste den oundvikligen minska. Som ett resultat minskar också organismens vitalitet. Med tanke på att celler påverkas av ett slags naturligt urval, kan det på grund av mutationer i DNA uppstå en situation när enskilda celler (delas som ett resultat av mitos) får fördelar jämfört med andra celler, vilket inte nödvändigtvis är fördelaktigt för personen som helhet. Att ta bort dem kan fördröja de negativa effekterna, men med tiden kommer fler och fler celler att bli defekta. Därför, om kroppen lever tillräckligt länge, blir den inte bara oundvikligen gammal utan förr eller senare drabbas den av cancer.
Nakna mullvadsråttor, som många djur, har cancer.
Foto: Roman Klementschitz / Wikipedia
Vissa djurarter, såsom den nakna molråttan (Heterocephalus glaber), tros vara fria från cancer. Denna åsikt är dock felaktig, eftersom det tar tid för en malign tumör att dyka upp. En artikel publicerades nyligen där forskare beskrev det första fallet av cancer i H.glaber.
Sökandet efter gener med lång livslängd är värdelöst i den meningen att redigering av dem med hjälp av gentekniska metoder inte kommer att förlänga livet för sådana komplexa organismer som människor betydligt. Dessutom kan sådana manipulationer vara skadliga, så författaren rekommenderar att gå bort från ett tillvägagångssätt som fokuserar på att skapa kopplingar mellan gener och vissa tecken på åldrande. I bästa fall representerar gener en ofullständig uppsättning faktorer i livslängd.
Vad kan vara sättet att slå åldrande? Mycket komplex och utöver funktionerna i modern bioteknik. Eftersom åldersprocesser är en följd av grundläggande lagar är det fortfarande orealistiskt att eliminera orsakerna till åldrandet. Ett effektivt tillvägagångssätt i detta fall kan vara skapandet av DNA-bibliotek, som lagrar information om intakta gener. På grundval av dessa kan unga stamceller syntetiseras för transplantation i en gammal organism. Enligt Auxburger är sådana metoder mer effektiva än befintliga.
Alexander Enikeev
