Ние сме на прага на безсмъртието?
Със сигурност всеки от нас се чудеше защо всички живи същества стареят и умират. У човек тези мисли могат да предизвикат безпокойство или страх, но със сигурност и любопитство. Защо сме „проектирани“ да остаряваме с времето? Това може да изглежда много непонятно, дори от биологична гледна точка. В крайна сметка това, което е от полза за постепенното износване и загуба на жизненост на определен индивид?
Автор на статията, инж. Д-р Томаш Берток, EUR ING, е изследовател в Института по химия на Словашката академия на науките и съосновател на стартиращата компания Glycanostics. Носител е на няколко награди, включително носителят на наградата „Млада личност на науката 2016“.
Преди всичко трябва да се каже, че познаваме организми, които не стареят. Например, бактерията остарява, но когато се раздели на две дъщерни копия, часовникът се „завърта“ и двете клетки стартират отново като нови, млади организми. Ако това не беше така и едноклетъчните организми ставаха малко по-възрастни с всяко следващо поколение, те отдавна биха изчезнали. Тъй като те се появиха на нашата планета преди многоклетъчни организми, виждаме, че това очевидно не се е случило.
Друг пример са раковите клетки - туморните клетъчни линии също са посочени в изследванията като „безсмъртни“. Какво можем да си представим под това?
Безсмъртието на раковите клетки
Делението е естествена част от жизнения цикъл на повечето клетки. Той увеличава техния брой и позволява възстановяване на щетите, които се появяват в тъканите на тялото по време на живота. По време на разделянето обаче възниква определен процес, който според една, общоприета сега теория за стареенето, допринася за натрупването на увреждане в клетките. Тези щети и загуба на различни функции водят до това, което ние наричаме стареене.
По този начин ние не старееме, защото времето минава, а по-скоро защото броят на клетъчните деления естествено се увеличава с времето. Ако броят на деленията на една клетка по време на нейния живот достигне определен брой (така наречената граница на Hayflick, която е различна за всеки тип клетка и във всеки организъм), клетката постепенно става нефункционална, престава да се дели или дори умира - ние може да се каже, че е остаряло [1]. Безсмъртните клетъчни линии могат да се разделят практически за неопределено време.
Какво правят гените за цвета на очите в чревната клетка?
Какво всъщност се случва с клетката на молекулярно ниво? Клетката може просто да си представим като малък човек - тя има повърхност (т.нар. Мембрана - аналогия на кожата при хората), вътрешни органи (ние ги наричаме органели), а също и „скелет“ (така наречения цитоскелет). Всичко, което се случва на клетъчно ниво, се отразява и върху състоянието на организма - нашето здраве.
Основата на всяка клетка е нейното ядро. Той съдържа генетичната информация, отговорна за всяка една черта от нас като цяло. Всяка клетка съдържа пълна генетична информация за целия човек. Гени за цвета на очите се намират и в клетките на дебелото черво. Въпросът е, защо чревната клетка разполага с тази информация и защо е? Какво всъщност той прави с нея? Отговорът е прост - изобщо нищо.
Гените се намират в клетката, защото тяхната клетка е наследена по време на клетъчното делене и специализацията по време на вътрематочното развитие. Генът за цвят на очите обаче просто не се използва (изразява) в чревните клетки. Така нареченият генната експресия се контролира фино и определя каква функция изпълнява клетката в момента.
Когато експресията е под контрол, всичко работи като по часовник и всяка клетка в тялото ни изразява (пренаписва) само гените, от които се нуждае, за да изпълнява безупречно своята функция. Ако нещо се обърка, има проблем. Различните патологии имат значително нарушена генна експресия - типичен пример е нарастващият тумор. Но това се случва и в процеса на стареене на клетките. Защо? Учените са измисляли редица различни обяснения в миналото - т.нар ентропична теория (всичко във Вселената застарява - планини, слънце и самата Вселена), виталистична, хормонална, ... много обещаваща беше теорията за свободните радикали.
Накратко, това беше фактът, че по време на живота в клетката протичат процеси, при които (съвсем естествено) се образуват свободни кислородни радикали. Те са химически изключително реактивни. С натрупването им може да възникне онова, което наричаме оксидативен стрес - оксидативно увреждане на различни части на клетката.
Факт е, че това наистина се случва. Но теорията не обяснява защо. Виждаме последица (окислително увреждане), но не и причина за повишен оксидативен стрес [2]. Вероятно вече знаем това днес - то е свързано с определена част от нашите хромозоми, т.нар теломери.
Изследванията на теломерите са проведени и от американския учен Барбара Макклинток - носител на Нобелова награда за физиология и медицина през 1983 г. (за други изследвания, за изследвания на теломери и теломерази, Нобеловата награда е присъдена през 2009 г.) [3]. Какво точно представляват теломерите?
Двойната спирала на ДНК, в която нашият уникален генетичен код е написан с помощта на 4 букви (A, T, C и G), се „заплита“ в по-сложни пространствени структури на различни нива, докато се образува хромозома (формата на буквата X на снимката). Наборът от всички хромозоми (23 двойки при хората, т.е. общо 46) се съхранява в клетъчното ядро (с изключение на червените кръвни клетки, които нямат ядро), източник: pixabay.com
Теломери и теломераза
Нашата генетична информация е добре скрита и защитена в клетъчното ядро - в нашите хромозоми. Краищата на тези хромозоми образуват теломери. Ако дългата нишка на ДНК е струна на нашите обувки, представете си теломерата като нейния пластмасов връх.
С всяко клетъчно делене обаче теломерата леко се съкращава. По този начин младият човек ще има теломери по-дълъг от по-възрастния човек. Именно колко теломерите ни се съкращават през живота, вероятно определя нашата биологична възраст. Тази хипотеза обаче трябва да се тълкува с повишено внимание - мишките живеят по-кратко от хората, но имат относително дълги теломери [4]. На този етап можем да споменем едно много рядко заболяване - т.нар напредък. Пациентите с прогерия се раждат с много къси теломери, напомнят на възрастни хора в детска възраст и често умират в относително млада възраст от заболявания, чийто риск нараства с възрастта, напр. инфаркт [5].
Ако теломерите са отсечени, генната експресия също е засегната. Постепенно в клетката се натрупват малки грешки и повреди (включително оксидативен стрес) и след преминаване на определена въображаема граница можем да заключим, че сме остарели.
Но как е възможно някои организми да избягват старостта? Границата на стареене не е строго определена в дивата природа. Освен това не само едноклетъчни, но и многоклетъчни организми като напр. безсмъртната медуза Turritopsis dohrnii.
Отговорът вероятно се крие в нашето ДНК. Всяка клетка в тялото ни е способна да произвежда специален ензим, наречен теломераза. Този ензим може отново да удължи съкратените краища на теломерите, потенциално да обърне каскадата, описана по-горе, т.е.променена генна експресия, натрупване на нарушения и оксидативен стрес, загуба на някои клетъчни функции и в крайна сметка смърт.
Теломеразата е силно активна в туморните клетки, но също така изненадващо в някои тъкани на краткотрайни мишки. Докато конвенционалните човешки фибробласти (клетките, отговорни за производството на колаген в нашето тяло) имат граница от около 40 клетъчни деления, туморните клетки се делят за неопределено време. Но защо теломеразата, ако потенциално може да бъде произведена от всяка клетка (всяка клетка има ген за нея), се произвежда само в някои видове клетки (напр. Също в стволови клетки). Защо сме толкова "проектирани" по този начин? Това е въпрос, който вероятно няма да познаем толкова лесно (ако изобщо). Но можем да вземем предвид един строг научно-еволюционен аспект.
Еволюция и стареене
Движещата сила на еволюцията е необходимостта видовете да останат конкурентоспособни в променящата се среда. Трябва да се подчертае думата вид, а не индивидуална. Индивидът очевидно плаща за процеса на стареене. Парадоксално, но не. Защо?
Това е така, защото видовете трябва да се развиват. Необходимостта от адаптиране към физични, химични или екологични промени е от решаващо значение за оцеляването на видовете. Ако индивидите от вида не остареят, те няма да бъдат принудени активно да търсят възможността да предадат своята генетична информация на следващото поколение, нямаше да има все повече и повече потомство, което може да се появи нови черти, които родителите все още не са имали.
С други думи, ако индивидите не се интересуват, видът ще запази само много ниска вариабилност. Следователно за запазване на вида е необходимо стареене за появата на нови и нови поколения, носещи нови - потенциално изгодни характеристики и характеристики [6].
Забавяне на болестта на Алцхаймер
Въпреки всички описани по-горе обяснения, все още е под въпрос дали можем да стимулираме телесните си клетки да произвеждат теломераза и да удължат живота ни. Интервенция на подобна основа при възрастни заболявания като напр. Болест на Алцхаймер.
Въпреки че невроните не стареят (тъй като не се делят), друг тип клетки - т.нар глиалните клетки, които осигуряват подкрепа на нашите неврони, вече нямат това свойство. Болестта на Алцхаймер очевидно е проява на стареене на глиалните клетки, а не на невроните сами по себе си. Мета-анализът на наличните данни ни кара да вярваме, че в този случай, когато наблюдаваме значително по-къса дължина на теломерите в засегнатите, прогресията на заболяването може да бъде забавена от теломеразата [7].
Теломеразата също може да бъде терапевтична цел за химиотерапията на някои видове рак - нейното инактивиране в раковите клетки по същество би означавало, че туморът ще остарее и ще умре по време на терапията [8].
Във всеки случай остава да се каже, че не можем да се защитим срещу стареенето и може да не сме в състояние да го направим. Въпреки че можем да облекчим признаците на стареене по различни начини, напр. чрез изглаждане на бръчките, но истинската същност на стареенето се крие дълбоко в нашите клетки. А намесата в него е много по-сложна от боядисването на лицето с крем против бръчки.
Успяхме да ви донесем тази статия благодарение на поддръжката на Patreone. Символичен принос също ще ни помогне да публикуваме повече качествени статии.