Почему мы стареем? Это вопрос, который заставлял ученых ломать голову десятилетиями. Но сегодня мы начинаем получать некоторые ответы. Одна из старейших теорий старения — это теория накопления повреждений, предложенная Августом Вейсманом в 1882 году.
Клетки и организмы представляют собой сложные системы со взаимосвязанными компонентами. Эти сложные системы хрупки и изнашиваются из-за постепенного накопления повреждений в триллионах клеток. По мере увеличения ущерба, организм не может полноценно восстановить себя, что приводит к старению и болезням старости.
Свободные радикалы
Теории накопления повреждений, называемая свободно радикальной теорией старения, впервые введена Ребеккой Гершман и Дэниелом Гилбертом в 1954 году. Впоследствии она получила развитие в 1956 году, благодаря американскому химику Денхэму Харману.
Свободные радикалы — это естественный побочный продукт дыхания и обмена веществ. Со временем они накапливаются в нашем организме. Харман предположил, что поскольку повреждения клеток и количество свободных радикалов увеличиваются с возрастом, возможно они наносят ущерб организму.
Свободные радикалы, на которых сфокусировался Харман, еще называются «активные формы кислорода» (АФК). Они создаются митохондриями клетки, потому что превращают питательные вещества в энергию для ее функционирования.
Атака АФК
Ученые обнаружили, что АФК способны наносить вред, взаимодействуя с ДНК, белками и липидами (жирами), изменяя их свойства и функции. С помощью экспериментов установлено, что увеличение производства АФК у дрожжей, червей и мух укорачивает их жизнь.
Теория Хармана доминировала в области старения в 1990-х и начале 2000-х годов. Но затем другие исследования начали противоречить с его предположениями. Когда у таких животных, как саламандры и мыши обнаруживались генетически скрытые антиоксиданты (вещества, разрушающие свободные радикалы), это никак не влияло на продолжительность жизни подопытных.
Чтобы примирить эти противоречивые результаты, ученые предположили, что АФК сигнализирует другим защитным механизмам. Пока эта тема обсуждается, теория свободных радикалов может уступить место другим теориям старения. Но с таким количеством исследований, связывающих АФК и митохондрии со старением, а также с болезнями старости, еще остаются основания для продолжения исследований.
Почему мы стареем и эволюционная гипотеза болезни
Прежде чем продолжить анализ теорий старения, нужно совершить экскурс в эволюционную биологию.
Среди прочего, гены контролируют производство белков и физические характеристики — наш фенотип. Эти характеристики могут измениться в результате мутации. Каждый человек несет много мутаций во своих генах. Большинство из них не влияют на нас, но некоторые имеют отрицательное воздействие, а другие — положительное.
Путем естественного отбора, эволюция предполагает, что если ген (или генная мутация) обеспечивает преимущество для выживания организма, у него больше шансов быть переданным следующему поколению. Если же мутация гена плохая, вероятно она будет устранена в ходе эволюции.
Многие заболевания имеют генетическую основу. Это означает, что они вызваны генетическими мутациями. Если это так, то почему такие мутации не устраняются естественным отбором?
В 1957 году американский эволюционный биолог по имени Джордж Уильямс предложил решение. Согласно его гипотезе антагонистической плейотропии, мутация гена приводит как к хорошим, так и к плохим последствиям. Но если хорошее перевешивает плохое, мутация не устраняется.
Мутация
Например, мутации, вызывающие болезнь Хантингтона, улучшают фертильность и снижают риск развития рака. Мутации, вызывающие серповидноклеточную анемию, защищают от малярии. Мутации, связанные с муковисцидозом, также улучшают фертильность. Это лишь несколько примеров из многих.
Подобные мутации полезны в раннем возрасте, потому что способствуют развитию и рождению детей, и становятся вредными только в дальнейшей жизни. Если они хороши для выживания и производства следующего поколения, тогда это объясняет их сохранение. Но также объясняет и постоянство разрушительных заболеваний, которые распространены в пожилом возрасте.
Могла ли теория Уильямса объяснить старение? Что, если гены и белки, полученные из этих генов и которые являются полезными в молодости, позже становятся основной причиной старения? И если это так, то какими могут быть эти белки? Так почему мы стареем?
Гиперфункция теории старения
Нью-Йоркский профессор онкологии Михаил Благосклонный в 2006 году предложил ответ на этот вопрос. Ученый предположил, что причиной старения являются белки и гены, ответственные за их создание. Они выполняют роль оповещения клеток о доступности питательных веществ. Некоторые из этих белков — это ферменты, которые помогают химическим реакциям в нашем организме. Среди них есть фермент под названием TOR.
Когда TOR активен, он стимулирует клетки расти. Это нужно в раннем возрасте для развития и полового созревания. Но TOR не нужен в таком интенсивном воздействии в дальнейшей жизни, а его гиперфункция (гиперактивность) связана со многими заболеваниями, включая рак.
Если TOR и другие питательные гены являются корнем старения, встает вопрос — связаны ли они с повреждениями или с АФК. Было установлено, что гиперфункция TOR ускоряет рост клеток, но в то же время уменьшает антиоксиданты и защитные механизмы. Это означает, что повреждения можно рассматривать как результат гиперфункции некоторых генов, т.е. не основной причины старения, а его результата.
Новая теория, основанная на гипотезе антагонистической плейотропии, теперь называется теорией гиперфункции старения.
Цена старения
Сотрудники нашего университета и другие ученые продолжают проверять теорию гиперфункций, и пока результаты подтверждают ее. Тем не менее, хотя эти достижения дают понимание коренных причин старения и того, как бороться с возрастными заболеваниями, это также показывает сложность явления. Почему мы стареем? По мере накопления доказательств приходит понимание, что само старение тесно связано с тем, как мы созданы. Это связано с нашим ростом и половым созреванием. Возможно, старение — это цена, которую организмы платят за выживание как вида.
Это интересно: Когнитивное обучение и тренировка пожилых
Источник: theconversation.com
Автор: Харалампос (Бабис) Раллис — старший преподаватель биохимии, Университет Восточного Лондона