Suntem în pragul nemuririi?
Cu siguranță fiecare dintre noi ne-am întrebat de ce toate viețuitoarele îmbătrânesc și mor. La o persoană, aceste gânduri pot provoca anxietate sau teamă, dar cu siguranță și curiozitate. De ce suntem „concepuți” să îmbătrânim în timp? Acest lucru poate părea foarte de neînțeles, chiar și din punct de vedere biologic. La urma urmei, ceea ce este benefic pentru uzura treptată și pierderea vitalității unui anumit individ?
Autorul articolului, Ing. Tomáš Bertók, dr., EUR ING, este cercetător la Institutul de Chimie al Academiei Slovace de Științe și cofondator al companiei de start Glycanostics. El este titularul mai multor premii, inclusiv câștigătorul Premiului Young Personality of Science 2016.
În primul rând, trebuie spus că cunoaștem organisme care nu îmbătrânesc. De exemplu, bacteria îmbătrânește, dar când se împarte în două copii fiice, ceasul „se învârte” și ambele celule pornesc din nou ca organisme noi și tinere. Dacă acest lucru nu ar fi cazul, iar organismele unicelulare ar deveni puțin mai vechi cu fiecare generație trecătoare, s-ar dispărea cu mult timp în urmă. Întrucât au apărut pe planeta noastră în fața organismelor multicelulare, vedem că acest lucru nu s-a întâmplat în mod evident.
Un alt exemplu este celulele canceroase - liniile celulare tumorale sunt, de asemenea, denumite în cercetare drept „nemuritoare”. Ce ne putem imagina sub asta?
Nemurirea celulelor canceroase
Diviziunea este o parte naturală a ciclului de viață al majorității celulelor. Le crește numărul și permite repararea daunelor care apar în țesuturile corpului în timpul vieții. Cu toate acestea, în timpul divizării, are loc un anumit proces care, conform uneia dintre ele, acum acceptată în general teoria îmbătrânirii, contribuie la acumularea daunelor în celule. Aceste daune și pierderi ale diferitelor funcții duc la ceea ce numim îmbătrânire.
Astfel, nu îmbătrânim pentru că timpul trece, ci mai degrabă pentru că numărul diviziunilor celulare crește în mod natural în timp. Dacă numărul de diviziuni ale unei celule pe parcursul vieții sale atinge un anumit număr (așa-numita limită Hayflick, care este diferită pentru fiecare tip de celulă și în fiecare organism), celula devine treptat disfuncțională, încetează să se divizeze sau chiar moare - noi ar putea spune că a îmbătrânit [1]. Liniile celulare nemuritoare se pot diviza practic la infinit.
Ce fac genele pentru culoarea ochilor din celula intestinală?
Ce se întâmplă de fapt cu celula la nivel molecular? Celula poate fi pur și simplu imaginată ca un om mic - are o suprafață (așa-numita membrană - analogie a pielii la om), organe interne (le numim organele) și, de asemenea, un „schelet” (așa-numitul citoschelet). Tot ceea ce se întâmplă la nivel celular se reflectă și în starea organismului - sănătatea noastră.
Baza fiecărei celule este nucleul său. Conține informațiile genetice responsabile pentru fiecare trăsătură a noastră în ansamblu. Fiecare celulă conține informații genetice complete despre întreaga persoană. Genele pentru culoarea ochilor se găsesc și în celulele colonului. Întrebarea este, de ce celula intestinală are aceste informații și de ce este aceasta? Ce face de fapt cu ea? Răspunsul este simplu - nimic deloc.
Genele se găsesc în celulă deoarece celula lor a moștenit în timpul diviziunii celulare și specializarea în timpul dezvoltării intrauterine. Cu toate acestea, gena culorii ochilor pur și simplu nu este utilizată (exprimată) în celulele intestinale. Asa numitul expresia genică este controlată fin și determină ce funcție îndeplinește în prezent celula.
Când expresia este sub control, totul funcționează ca un ceas și fiecare celulă din corpul nostru exprimă (rescrie) doar genele de care are nevoie pentru a-și îndeplini funcția impecabil. Dacă ceva nu merge bine, există o problemă. Diferite patologii au afectat semnificativ expresia genelor - un exemplu tipic este o tumoare în creștere. Dar acest lucru se întâmplă și în procesul de îmbătrânire celulară. De ce? Oamenii de știință au venit cu o serie de explicații diferite în trecut - așa-numitele teoria entropică (totul în univers îmbătrânește - munți, soare și universul în sine), vitalist, hormonal, ... foarte promițătoare a fost teoria radicalilor liberi.
Pe scurt, a fost faptul că în timpul vieții în celulă au loc procese în care (destul de natural) se formează radicali liberi de oxigen. Acestea sunt extrem de reactive din punct de vedere chimic. Pe măsură ce se acumulează, poate apărea ceea ce numim stres oxidativ - deteriorarea oxidativă a diferitelor părți ale celulei.
Faptul este că acest lucru se întâmplă cu adevărat. Dar teoria nu explică de ce. Vedem o consecință (daune oxidative), dar nu cauza creșterii stresului oxidativ [2]. Probabil că știm deja astăzi - este legat de o anumită parte a cromozomilor noștri, așa-numitele telomeri.
Cercetarea telomerilor a fost efectuată și de omul de știință american Barbara McClintock - câștigător al Premiului Nobel pentru fiziologie sau medicină în 1983 (pentru alte cercetări, pentru cercetarea telomerilor și telomerazelor, premiul Nobel a fost acordat în 2009) [3]. Ce sunt mai exact telomerii?
ADN-ul dublu catenar, în care codul nostru genetic unic este scris folosind 4 litere (A, T, C și G), este „încurcat” în structuri spațiale mai complicate la diferite niveluri până la formarea unui cromozom (forma literei X în imagine). Setul tuturor cromozomilor (23 de perechi la om, adică un total de 46) este stocat în nucleul celulei (cu excepția celulelor roșii din sânge care nu au nucleu), sursă: pixabay.com
Telomerii și telomerazele
Informațiile noastre genetice sunt bine ascunse și protejate în nucleul celular - în cromozomii noștri. Capetele acestor cromozomi formează telomeri. Dacă o șuviță lungă de ADN ar fi o sfoară pe pantofii noștri, imaginați-vă telomerul drept vârful său de plastic.
Cu toate acestea, cu fiecare diviziune celulară, telomerul se scurtează ușor. Astfel, un tânăr va avea telomeri mai lungi decât o persoană mai în vârstă. Este cât de mult se scurtează telomerii noștri în timpul vieții, ceea ce probabil ne determină vârsta biologică. Cu toate acestea, această ipoteză ar trebui interpretată cu precauție - șoarecii trăiesc mai puțin decât oamenii, dar au telomeri relativ lungi [4]. În acest moment putem menționa o boală foarte rară - așa-numita progres. Pacienții cu progeria se nasc cu telomeri foarte scurți, amintesc de persoanele în vârstă din copilărie și mor adesea la o vârstă relativ mică de boli al căror risc crește odată cu vârsta, de ex. atac de cord [5].
Dacă telomerii sunt trunchiați, este afectată și expresia genică. Treptat, mici erori și daune (inclusiv stresul oxidativ) se acumulează în celulă și, după trecerea unei anumite limite imaginare, putem concluziona că am îmbătrânit.
Dar cum este posibil ca unele organisme să evite bătrânețea? Limita îmbătrânirii nu este definită strict în rândul faunei sălbatice. În plus, nu numai organismele unicelulare, ci și cele multicelulare, cum ar fi de ex. meduza nemuritoare Turritopsis dohrnii.
Răspunsul este probabil ascuns în ADN-ul nostru. Fiecare celulă din corpul nostru este capabilă să producă o enzimă specială numită telomerază. Această enzimă poate prelungi din nou capetele scurtate ale telomerului, inversând potențial cascada descrisă mai sus, adică, exprimarea modificată a genei, acumularea de tulburări și stres oxidativ, pierderea unor funcții celulare și, în cele din urmă, moartea.
Telomeraza este foarte activă în celulele tumorale, dar și în mod surprinzător în unele țesuturi ale șoarecilor de scurtă durată. În timp ce fibroblastele umane convenționale (celulele responsabile de producerea colagenului în corpul nostru) au o limită de aproximativ 40 de diviziuni celulare, celulele tumorale se împart la nesfârșit. Dar de ce este telomeraza, dacă poate fi produsă de fiecare celulă (fiecare celulă are o genă pentru aceasta), produsă numai în unele tipuri de celule (de exemplu, și în celulele stem). De ce suntem atât de „proiectați” așa? Aceasta este o întrebare pe care probabil nu o vom ști atât de ușor (dacă este deloc). Dar putem lua în considerare un aspect științific - evolutiv strict.
Evoluție și îmbătrânire
Forța motrice din spatele evoluției este necesitatea ca speciile să rămână competitive într-un mediu în schimbare. Cuvântul specie, nu individual, trebuie subliniat. Individul plătește în mod evident suplimentar pentru procesul de îmbătrânire. Cam, paradoxal, nu. De ce?
Acest lucru se datorează faptului că speciile trebuie să evolueze. Necesitatea adaptării la schimbările fizice, chimice sau de mediu este crucială pentru supraviețuirea speciilor. Dacă indivizii din specie nu ar îmbătrâni, nu ar fi obligați să caute în mod activ posibilitatea de a-și transfera informațiile genetice la următoarea generație, nu ar exista mai mulți descendenți, care ar putea apărea noi trăsături pe care părinții nu le aveau încă.
Cu alte cuvinte, dacă indivizilor nu le-ar păsa, specia ar păstra doar o variabilitate foarte mică. Astfel, pentru conservarea speciei, îmbătrânirea este necesară pentru apariția noilor și a noilor generații, purtând noi caracteristici și caracteristici potențial avantajoase [6].
Încetinirea bolii Alzheimer
În ciuda tuturor explicațiilor descrise mai sus, este încă discutabil dacă putem stimula celulele corpului nostru să producă telomerază și să ne prelungească viața. Intervenție pe o bază similară în boli în vârstă, cum ar fi de ex. boala Alzheimer.
Deși neuronii nu îmbătrânesc (deoarece nu se împart), un alt tip de celule - așa-numitele celulele gliale, care oferă sprijin neuronilor noștri, nu mai au această proprietate. Boala Alzheimer este aparent o manifestare a îmbătrânirii celulelor gliale, nu a neuronilor în sine. O meta-analiză a datelor disponibile ne face să credem că, în acest caz, atunci când observăm o lungime a telomerilor semnificativ mai mică la cei afectați, progresia bolii poate fi încetinită de telomerază [7].
Telomeraza ar putea fi, de asemenea, o țintă terapeutică pentru chimioterapia unor tipuri de cancer - inactivarea acesteia în celulele canceroase ar însemna în esență că tumoarea va îmbătrâni și va muri în timpul terapiei [8].
În orice caz, rămâne de spus că nu ne putem apăra împotriva îmbătrânirii și este posibil să nu putem face acest lucru. Deși putem atenua semnele îmbătrânirii în diferite moduri, de ex. prin netezirea ridurilor, dar adevărata esență a îmbătrânirii este ascunsă adânc în celulele noastre. Și interferarea cu acesta este mult mai complicată decât vopsirea feței cu cremă antirid.
Am reușit să vă aducem acest articol datorită sprijinului oferit de Patreone. O contribuție simbolică ne va ajuta, de asemenea, să publicăm mai multe articole de calitate.