Ми на порозі безсмертя?
Напевно, кожен із нас дивувався, чому все живе старіє і вмирає. У людини ці думки можуть викликати тривогу або страх, але, безумовно, також цікавість. Чому ми "призначені" старіти з часом? Це може здатися дуже незрозумілим, навіть з біологічної точки зору. Зрештою, що корисно для поступового зношування та втрати життєвих сил конкретної людини?
Автор статті, інж. Томаш Берток, доктор філософії, EUR ING, є науковим співробітником Інституту хімії Словацької академії наук та співзасновником стартап-компанії Glycanostics. Він є володарем кількох нагород, у тому числі лауреатом премії «Молода особистість науки» 2016 року.
Перш за все, слід сказати, що ми знаємо організми, які не старіють. Наприклад, бактерія старіє, але коли вона розпадається на дві дочірні копії, годинник «обертається», і обидві клітини знову запускаються як нові, молоді організми. Якби це було не так, і одноклітинні організми з кожним поколінням дещо старіли, вони давно вимерли б. Оскільки вони з’явилися на нашій планеті до багатоклітинних організмів, ми бачимо, що цього, очевидно, не сталося.
Інший приклад - ракові клітини - клітинні лінії пухлини також називаються в дослідженнях як «безсмертні». Що ми можемо уявити під цим?
Безсмертя ракових клітин
Поділ є природною частиною життєвого циклу більшості клітин. Це збільшує їх кількість і дозволяє відновлювати пошкодження, що виникають в тканинах організму протягом життя. Однак під час поділу відбувається певний процес, який, згідно з однією, загальновизнаною теорією старіння, сприяє накопиченню пошкоджень у клітинах. Ці пошкодження та втрата різних функцій призводять до того, що ми називаємо старінням.
Таким чином, ми старіємо не через час, а швидше тому, що кількість клітинних поділів природно збільшується з часом. Якщо кількість поділів однієї клітини протягом її життя досягає певної кількості (так звана межа Хейфліка, яка різна для кожного типу клітин і в кожному організмі), клітина поступово стає дисфункціональною, перестає ділитися або навіть гине - ми міг би сказати, що воно постаріло [1]. Безсмертні клітинні лінії можуть ділитися практично необмежено довго.
Що роблять гени кольору очей у клітині кишечника?
Що насправді відбувається з клітиною на молекулярному рівні? Клітину можна просто уявити як маленьку людину - вона має поверхню (так звана мембрана - аналогія шкіри у людини), внутрішні органи (ми називаємо їх органели), а також "скелет" (так званий цитоскелет). Все, що відбувається на клітинному рівні, також відображається на стані організму - на нашому здоров'ї.
Основою кожної клітини є її ядро. Він містить генетичну інформацію, відповідальну за кожну ознаку нас у цілому. Кожна клітина містить повну генетичну інформацію про цілу людину. Гени кольору очей містяться також у клітинах товстої кишки. Питання в тому, чому клітина кишечника має цю інформацію і чому вона є? Що він насправді робить з нею? Відповідь проста - зовсім нічого.
Гени знаходяться в клітині, оскільки їх клітина успадковується під час поділу клітини та спеціалізації під час внутрішньоутробного розвитку. Однак ген кольору очей просто не використовується (експресується) в клітинах кишечника. Так звані експресія гена точно контролюється і визначає, яку функцію виконує клітина в даний час.
Коли експресія знаходиться під контролем, все працює як годинник, і кожна клітина нашого тіла виражає (переписує) лише ті гени, які потрібні для бездоганного виконання своєї функції. Якщо щось піде не так, є проблема. Різні патології мають помітно порушену експресію генів - типовий приклад - зростаюча пухлина. Але це трапляється і в процесі старіння клітин. Чому? У минулому вчені придумували ряд різних пояснень - т. Зв ентропічна теорія (все у Всесвіті старіє - гори, сонце і сам Всесвіт), віталістична, гормональна, ... дуже перспективною була теорія вільних радикалів.
Коротше, було фактом, що протягом життя в клітині відбуваються процеси, в яких (цілком природно) утворюються вільні кисневі радикали. Вони хімічно надзвичайно реактивні. У міру накопичення може відбуватися те, що ми називаємо окислювальним стресом - окислювальне пошкодження різних частин клітини.
Справа в тому, що це справді відбувається. Але теорія не пояснює, чому. Ми бачимо наслідки (окислювальні пошкодження), але не причину посилення окисного стресу [2]. Ми, мабуть, це вже сьогодні знаємо - це пов’язано з певною частиною наших хромосом, т. Зв теломери.
Дослідження теломерів проводила також американська вчена Барбара Макклінток - лауреат Нобелівської премії з фізіології та медицини в 1983 р. (За інші дослідження, за дослідження теломер та теломерази Нобелівську премію було присуджено в 2009 р.) [3]. Що саме являють собою теломери?
Двоцепочечна ДНК, в якій наш унікальний генетичний код написаний з використанням 4 літер (A, T, C і G), «сплутується» в більш складні просторові структури на різних рівнях, поки не утворюється хромосома (форма букви X на малюнку). Набір усіх хромосом (23 пари у людини, тобто загалом 46) зберігається в ядрі клітини (за винятком еритроцитів, які не мають ядра), джерело: pixabay.com
Теломери та теломераза
Наша генетична інформація добре прихована і захищена в клітинному ядрі - в наших хромосомах. Кінці цих хромосом утворюють теломери. Якщо довга нитка ДНК була струною на нашому взутті, уявіть теломеру як її пластиковий наконечник.
Однак з кожним поділом клітини теломера дещо скорочується. Таким чином, молода людина буде мати теломери довше, ніж людина старшого віку. Саме те, наскільки наші теломери скорочуються протягом життя, імовірно, визначає наш біологічний вік. Однак цю гіпотезу слід інтерпретувати з обережністю - миші живуть коротше людей, але мають відносно довгі теломери [4]. На цьому етапі можна згадати одну дуже рідкісну хворобу - т. Зв прогрес. Пацієнти з прогерією народжуються з дуже короткими теломерами, нагадують людей похилого віку в дитинстві і часто гинуть у відносно молодому віці від хвороб, ризик яких зростає з віком, наприклад серцевий напад [5].
Якщо теломери усічені, це також впливає на експресію генів. Поступово в клітині накопичуються невеликі помилки та пошкодження (включаючи окислювальний стрес), і після перетину певної уявної межі можна зробити висновок, що ми постаріли.
Але як можливо, що деякі організми уникають старості? Межі старіння не є чітко визначеними для дикої природи. Крім того, не тільки одноклітинні, а й багатоклітинні організми, такі як напр. безсмертна медуза Turritopsis dohrnii.
Відповідь, мабуть, прихована в нашій ДНК. Кожна клітина нашого організму здатна виробляти особливий фермент, який називається теломераза. Цей фермент може знову продовжити укорочені кінці теломери, потенційно змінивши каскад, описаний вище, тобто змінивши експресію генів, накопичення порушень та окисного стресу, втрату деяких клітинних функцій і, врешті-решт, смерть.
Теломераза має високу активність у клітинах пухлини, але також дивно в деяких тканинах короткоживучих мишей. У той час як звичайні фібробласти людини (клітини, що відповідають за вироблення колагену в нашому організмі) мають межу близько 40 клітинних поділів, клітини пухлини діляться необмежено довго. Але чому теломераза, якщо її потенційно може виробляти кожна клітина (кожна клітина має ген для неї), що виробляється лише в деяких типах клітин (наприклад, також у стовбурових клітинах). Чому ми так "спроектовані" так? Це питання, якого ми, мабуть, не знатимемо так легко (якщо взагалі). Але ми можемо взяти до уваги один суворий науково - еволюційний аспект.
Еволюція та старіння
Рушійною силою еволюції є необхідність збереження конкурентоспроможності видів в умовах, що змінюються. Потрібно підкреслити слово вид, а не окремий. Очевидно, людина платить додатково за процес старіння. Як це не парадоксально, але ні. Чому?
Це тому, що види повинні еволюціонувати. Необхідність адаптації до фізичних, хімічних або екологічних змін є вирішальною для виживання видів. Якби особини виду не старіли, вони не були б змушені активно шукати можливість передачі своєї генетичної інформації наступному поколінню, не було б все більше і більше нащадків, у яких могли б з’явитися нові риси, яких ще не було у батьків.
Іншими словами, якби особинам було все одно, вид зберігав би лише дуже низьку мінливість. Тому для збереження виду старіння необхідне для появи нових і нових поколінь, що мають нові - потенційно вигідні риси та характеристики [6].
Уповільнення хвороби Альцгеймера
Незважаючи на всі описані вище пояснення, все ще залишається сумнівом, чи можемо ми стимулювати клітини нашого організму виробляти теломеразу і продовжувати наше життя. Втручання на подібній основі при захворюваннях літнього віку, таких як Хвороба Альцгеймера.
Хоча нейрони не старіють (оскільки не діляться), інший тип клітин - т. Зв гліальні клітини, які забезпечують підтримку наших нейронів, більше не мають цієї властивості. Хвороба Альцгеймера, очевидно, є проявом старіння гліальних клітин, а не нейронів як таких. Мета-аналіз наявних даних приводить нас до думки, що в цьому випадку, коли ми спостерігаємо значно меншу довжину теломер у постраждалих, прогресування захворювання може сповільнюватися теломеразою [7].
Теломераза також може бути терапевтичною мішенню для хіміотерапії деяких видів раку - її інактивація в ракових клітинах по суті означала б, що пухлина старітиме і помре під час терапії [8].
У будь-якому випадку, залишається сказати, що ми не можемо захиститися від старіння і, можливо, не зможемо цього зробити. Хоча ми можемо полегшити ознаки старіння різними способами, напр. розгладжуючи зморшки, але справжня суть старіння ховається глибоко в наших клітинах. І втручатися в це набагато складніше, ніж фарбувати обличчя кремом проти зморшок.
Ми змогли представити вам цю статтю завдяки підтримці Patreone. Символічний внесок також допоможе нам публікувати більше якісних статей.