Uzvara pār novecošanu ir cilvēku sen sapnis. Tomēr zinātnieki, neskatoties uz daudzajiem pētījumiem, joprojām pilnībā nesaprot, kāpēc ar vecumu ķermeņa funkcijas pakāpeniski tiek traucētas un orgāni nedarbojas. "Lenta.ru" runā par jaunu darbu, kas izskaidro mūžīgās jaunības neiespējamību mūsdienu realitātē.
Viens no svarīgākajiem atklājumiem cilvēka novecošanas bioloģijā tika veikts vairāk nekā pirms 50 gadiem. 1961. gadā Kalifornijas universitātes anatomijas profesors Leonards Heifliks atklāja, ka cilvēka šūnas mirst pēc apmēram 50 dalīšanās, un, tuvojoties šim punktam, tām ir novecošanas pazīmes. Šī parādība ir saistīta ar telomēru saīsināšanu - hromosomu galiem, kas pasargā vitālo DNS daļu no bojājumiem. Kad telomēras pilnībā izzūd, šūna sāk pašiznīcināšanās mehānismu.
Lai gan daži pretnovecošanas aktīvisti joprojām uzskata telomēru saīsināšanu par galveno ķermeņa funkciju lēnas sabrukšanas un turpmākās nāves cēloni, zinātnieki ir ierosinājuši citas teorijas. Piemēram, pakāpeniska mutāciju uzkrāšanās DNS, evolucionārā programmēšana vai brīvo radikāļu ietekme. Neskatoties uz to, ka kopš Heiflika robežas atklāšanas ir pagājis gandrīz pusgadsimts, joprojām nav pilnīgas izpratnes par to, kas tieši padara dzīvos organismus novecojošus.
Gerontologs Brets Augsburgers no Oburnas universitātes Amerikas Savienotajās Valstīs ir izstrādājis jaunu pieeju novecošanas cēloņu noskaidrošanai. Savā rakstā, kura priekšdruka tika publicēta bioRxiv.org repozitorijā, viņš ierosināja, ka problēmas risināšanas atslēga varētu būt nesabalansēta termodinamika, kas apraksta sistēmas, kuras nav termodinamiskā līdzsvara stāvoklī. Pēc zinātnieka domām, paredzamais dzīves ilgums ir atkarīgs no bioloģisko molekulu iznīcināšanas ātruma un neizbēgama informācijas zuduma. Kļūst skaidrs, kāpēc tuvākajā nākotnē nav iespējams uzvarēt pār novecošanu: fundamentāli fiziskie likumi padara ķermeņa nodilumu neizbēgamu.
Jaunā pieeja izskaidro dažus paradoksus, kas rodas citos novecošanas modeļos, kā arī atklāj vienreizējās somas teorijas būtiskos trūkumus, ko 1977. gadā ierosināja angļu biologs Tomass Kirkvuds.
Vienreizlietojamās somas teorijā tiek pieņemts, ka ķermenim jābūt noteiktam enerģijas daudzumam, lai uzturētu vielmaiņu, vairošanos, atveseļošanos un citas funkcijas. Tā kā pārtikas daudzums vienmēr ir ierobežots, jums jāiet uz kompromisiem. Tā kā mehānismi, kas ir atbildīgi par reģenerāciju, nesaņem pietiekami daudz enerģijas, ķermenis sāk novecot. Daži eksperti uzskata, ka ierobežojošais resurss ir laiks, nevis enerģija. Saskaņā ar šo viedokli katram organismam ir optimāls grūtniecības ilgums, kad pēcnācēji būs visizdevīgākie. Tomēr tas ierobežo laiku, ko var veltīt izaugsmei un attīstībai. Tādējādi attīstības ātrumu un grūtniecības periodu ietekmē dabiskā atlase. Grūtniecības paātrināšana ierobežo laikuatlicis šūnu bojājumu novēršanai. Tas savukārt noved pie defektu uzkrāšanās un paredzamā dzīves ilguma samazināšanās, salīdzinot ar organismiem ar ilgu grūsnības periodu.
Hromosomas ar telomeriem
Reklāmas video:
Attēls: ASV Enerģētikas departamenta Cilvēka genoma programma
Otrais termodinamikas likums liek domāt, ka jebkura veida enerģija mēdz nonākt mazāk sakārtotā stāvoklī - citiem vārdiem sakot, izkliedēties telpā. Jebkura nesabalansēta sistēma, ieskaitot dzīvos organismus, šādā veidā pārveidos enerģiju, līdz tiks sasniegts līdzsvara punkts - šajā gadījumā nāves stāvoklis. Daudzas radības spēj pietiekami ilgi pretoties pārejai uz līdzsvara stāvokli, lai tās attīstītos un vairotos. Dažādām sugām šis laiks aizņem no vairākām stundām līdz gadu desmitiem.
Hayflick robeža, ierobežojot somatisko šūnu dalīšanos
Dzīvā organismā, kas atrodas tālu no termodinamiskā līdzsvara stāvokļa, brīva enerģija koncentrējas lielu biomolekulu ķīmiskajās saitēs. Tas dod iespēju turpināt dažādus procesus, sākot no olbaltumvielu izvēršanās un DNS atdalīšanas līdz hidrolīzei, oksidēšanai un metilēšanai. Auxburger modelēja sistēmu, kas parādīja, ka biomolekulām neizbēgami jāsadalās, kā rezultātā tiek izkliedēta enerģija. Turklāt visi ķermenī notiekošie procesi veicina pieeju līdzsvara stāvoklim, ieskaitot elektrisko impulsu radīšanu.
Darba autore nonāca pie secinājuma, ka molekulu atjaunošanas mehānismi negarantē, ka DNS saturošā informācija tiks saglabāta atsevišķās šūnās, tāpēc tai neizbēgami jāsamazinās. Rezultātā samazinās arī organisma vitalitāte. Ņemot vērā to, ka šūnas ietekmē sava veida dabiskā atlase, tad DNS mutāciju dēļ var izveidoties situācija, kad atsevišķas šūnas (sadaloties mitozes rezultātā) iegūst priekšrocības salīdzinājumā ar citām šūnām, kas nav obligāti izdevīgi personai kopumā. To noņemšana var aizkavēt negatīvo ietekmi, taču laika gaitā arvien vairāk šūnu kļūs defektīvas. Tādēļ, ja ķermenis dzīvo pietiekami ilgi, tas ne tikai neizbēgami noveco, bet agrāk vai vēlāk to pārsteidz vēzis.
Kailām kurmju žurkām, tāpat kā daudziem dzīvniekiem, ir vēzis.
Foto: Romāns Klementšics / Wikipedia
Tiek uzskatīts, ka dažām dzīvnieku sugām, piemēram, kailai žurku žurai (Heterocephalus glaber), nav vēža. Tomēr šis viedoklis ir kļūdains, jo ļaundabīga audzēja parādīšanās prasa laiku. Nesen tika publicēts raksts, kurā zinātnieki aprakstīja pirmo vēža gadījumu H.glaber.
Ilgmūžības gēnu meklēšana ir bezjēdzīga tādā nozīmē, ka to rediģēšana, izmantojot gēnu inženierijas metodes, būtiski nepagarinās tādu sarežģītu organismu kā cilvēki dzīvi. Turklāt šādas manipulācijas var būt kaitīgas, tāpēc autore iesaka atteikties no pieejas, kas vērsta uz saiknes izveidošanu starp gēniem un noteiktām novecošanas pazīmēm. Labākajā gadījumā gēni ir nepilnīgs ilgmūžības faktoru kopums.
Kāds varētu būt veids, kā uzvarēt novecošanos? Ļoti sarežģīts un pārsniedz mūsdienu biotehnoloģijas iespējas. Tā kā vecuma procesi ir pamatlikumu sekas, novecošanas cēloņu novēršana joprojām nav reāla. Efektīva pieeja šajā gadījumā var būt DNS bibliotēku izveide, kurās tiek glabāta informācija par neskartiem gēniem. Pamatojoties uz to, jaunās cilmes šūnas var sintezēt transplantācijai vecā organismā. Pēc Auxburger domām, šādas metodes ir efektīvākas nekā esošās.
Aleksandrs Enikejevs