Zmaga nad staranjem so dolgoletne človeške sanje. Vendar pa znanstveniki kljub številnim raziskavam še vedno ne razumejo popolnoma, zakaj s starostjo funkcije telesa postopoma motijo in organi odpovedujejo. "Lenta.ru" govori o novi zaposlitvi, ki pojasnjuje nemožnost večne mladosti v sodobni resničnosti.
Eno najpomembnejših odkritij v biologiji človeškega staranja je bilo odkrito pred več kot 50 leti. Leta 1961 je profesor anatomije na kalifornijski univerzi Leonard Hayflick odkril, da človeške celice odmirajo po približno 50 delitvah, in ko se približujejo tej točki, kažejo znake staranja. Ta pojav je bil povezan s krajšanjem telomerov - koncev kromosomov, ki varujejo vitalni del DNK pred poškodbami. Ko telomeri popolnoma izginejo, celica zažene mehanizem samouničenja.
Čeprav nekateri aktivisti proti staranju še vedno menijo, da je skrajšanje telomerov glavni vzrok za počasno propadanje telesnih funkcij in posledično smrt, so znanstveniki predlagali druge teorije. Na primer postopno kopičenje mutacij v DNA, evolucijsko programiranje ali vpliv prostih radikalov. Kljub temu, da je od odkritja meje Hayflick minilo skoraj pol stoletja, še vedno ni popolnega razumevanja, kaj natančno stara žive organizme.
Gerontolog Brett Augsburger z univerze Auburn v ZDA je razvil nov pristop za razjasnitev vzrokov staranja. V svojem prispevku, katerega pretisk je bil objavljen v odlagališču bioRxiv.org, je predlagal, da je ključ do rešitve problema lahko neravnovesna termodinamika, ki opisuje sisteme, ki niso v termodinamičnem ravnovesju. Po mnenju znanstvenika je pričakovana življenjska doba odvisna od hitrosti uničenja bioloških molekul in neizogibne izgube informacij. Jasno je, zakaj je zmaga nad staranjem v bližnji prihodnosti nemogoča: temeljni fizikalni zakoni povzročajo, da je obraba telesa neizogibna.
Novi pristop pojasnjuje nekatere paradokse, ki se pojavljajo v drugih modelih staranja, in razkriva tudi temeljne napake v teoriji soma za enkratno uporabo, ki jo je leta 1977 predlagal angleški biolog Thomas Kirkwood.
Teorija soma za enkratno uporabo predvideva, da mora telo imeti določeno količino energije za vzdrževanje metabolizma, razmnoževanja, okrevanja in drugih funkcij. Ker je količina hrane vedno omejena, morate popustiti. Ker mehanizmi, odgovorni za regeneracijo, ne dobijo dovolj energije, telo začne starati. Nekateri strokovnjaki menijo, da je omejevalni vir čas in ne energija. Glede na to stališče je za vsak organizem optimalno trajanje nosečnosti, ko bodo potomci najbolj sposobni za preživetje. Vendar pa omejuje čas, ki ga lahko namenite rasti in razvoju. Tako na hitrost razvoja in obdobje brejosti vpliva naravna selekcija. Pospeševanje nosečnosti omejuje časnamenjena popravilu celičnih poškodb. To pa privede do kopičenja napak in zmanjšanja pričakovane življenjske dobe v primerjavi z organizmi z dolgo nosečnostjo.
Kromosomi s telomeri
Promocijski video:
Slika: Program ameriškega ministrstva za energijo za človeški genom
Drugi zakon termodinamike kaže, da katera koli energija preide v manj urejeno stanje - z drugimi besedami, da se razprši v vesolju. Vsak neravnovesni sistem, vključno z živimi organizmi, bo na ta način transformiral energijo, dokler ne bo doseženo ravnotežje - v tem primeru stanje smrti. Številna bitja se lahko uprejo prehodu v stanje ravnotežja dovolj dolgo, da se razvijejo in razmnožujejo. Za različne vrste ta čas traja od nekaj ur do desetletij.
Hayflickova meja, ki omejuje delitev somatskih celic
V živem organizmu, daleč od stanja termodinamičnega ravnovesja, je prosta energija koncentrirana v kemičnih vezah velikih biomolekul. To omogoča nadaljevanje različnih procesov, od razgrnitve beljakovin in razpletanja DNA do hidrolize, oksidacije in metilacije. Auxburger je zgledoval sistem, ki je pokazal, da se morajo biomolekule neizogibno razgraditi, kar ima za posledico izgubo energije. Poleg tega vsi procesi, ki se dogajajo v telesu, prispevajo k približevanju stanju ravnovesja, vključno z ustvarjanjem električnih impulzov.
Avtor dela je prišel do zaključka, da mehanizmi obnavljanja molekul ne zagotavljajo, da se bodo informacije, ki jih vsebuje DNK, ohranile v posameznih celicah, zato se morajo neizogibno zmanjšati. Posledično se zmanjša tudi vitalnost organizma. Glede na to, da na celice vpliva nekakšna naravna selekcija, potem lahko zaradi mutacij v DNK nastane situacija, ko posamezne celice (ki se delijo kot posledica mitoze) pridobijo prednosti pred drugimi celicami, kar ni nujno koristno za človeka kot celoto. Njihova odstranitev lahko upočasni negativne učinke, vendar bo sčasoma vedno več celic postalo okvarjenih. Če torej telo živi dovolj dolgo, se ne le neizogibno postara, ampak ga prej ali slej prizadene rak.
Gole mol podgane imajo tako kot številne živali raka.
Foto: Roman Klementschitz / Wikipedia
Nekatere živalske vrste, na primer gola krta (Heterocephalus glaber), naj bi bile brez raka. Vendar je to mnenje napačno, saj je potreben čas, da se pojavi maligni tumor. Pred kratkim je bil objavljen članek, v katerem so znanstveniki opisali prvi primer raka pri H.glaber.
Iskanje genov za dolgoživost je neuporabno v smislu, da njihovo urejanje z metodami genskega inženiringa ne bo bistveno podaljšalo življenja tako zapletenih organizmov, kot so ljudje. Poleg tega so takšne manipulacije lahko škodljive, zato avtor svetuje, naj se odmaknejo od pristopa, ki se osredotoča na vzpostavljanje povezav med geni in nekaterimi znaki staranja. V najboljšem primeru geni predstavljajo nepopoln sklop dejavnikov dolgoživosti.
Kakšen način lahko premagamo staranje? Zelo zapleteno in presega zmožnosti sodobne biotehnologije. Ker so starostni procesi posledica temeljnih zakonov, je vzroke staranja še vedno nerealno odpraviti. Učinkovit pristop v tem primeru je lahko ustvarjanje DNK knjižnic, ki hranijo informacije o nedotaknjenih genih. Na njihovi osnovi se lahko mlade matične celice sintetizirajo za presaditev v stari organizem. Po Auxburgerjevih besedah so takšne metode učinkovitejše od obstoječih.
Aleksander Enikeev