Wydawnictwo Alpina Non-Fiction wydaje książkę “ Przeciwnie do ruchu wskazówek zegara ” autorstwa dziennikarki naukowej Poliny Loseva. TASS publikuje fragment o tym, jak naukowcy szukają oznak starzenia się organizmu.
Wydawnictwo * Alpina non-fiction *.
Zbierz je wszystkie
W 2001 roku pojawił się pierwszy „wskaźnik kruchości”, jeden z najprostszych markerów starzenia się. Naukowcy przebadali dużą próbę ludzi pod kątem pięciu oznak kruchości: niezamierzonej utraty wagi, słabej siły chwytu, powolnego chodzenia, uczucia zmęczenia i braku aktywności. Ci, którzy spełniają co najmniej trzy kryteria, autorzy kryterium uznali za kruchych. Mieli większe ryzyko zachorowania, hospitalizacji i śmierci. Osobom, które odpowiadały tylko jednej lub dwóch cechom, przypisywano średni stopień niestabilności. To pierwsze w swoim rodzaju kryterium nie pozwalało jeszcze na dokładną ocenę ryzyka dla każdego z badanych, ale przy jego pomocy możliwe było już zmierzenie zagrożeń dla całej populacji i jej poszczególnych grup.
Film promocyjny:
Później, w oparciu o ten pomysł, wyrósł cały las wskaźników kruchości. Od tego czasu liczba funkcji znacznie się zwiększyła i może sięgać setek, ale zasada pozostaje taka sama. Każda funkcja to parametr, który:
a) jest wadą zdrowotną (a nie właściwością stylu życia, jak palenie);
b) występuje częściej z wiekiem;
c) występuje co najmniej 1% populacji.
Suma znaków powinna obejmować różne obszary pracy organizmu, to znaczy nie tylko kondycję fizyczną, ale także zdrowie psychiczne i psychiczne człowieka. W rzeczywistości wskaźniki te mierzą liczbę braków / urazów w ludzkim ciele, dlatego czasami nazywa się je wskaźnikami defektów. Każda z dziesiątek lub setek cech jest oceniana w skali od 0 do 1, a podmiot otrzymuje ocenę wrażliwości, która rośnie wraz z wiekiem ciała.
Wskaźnik niestabilności jest kwintesencją medycznego podejścia do starzenia, które traktuje starość jako zespół chorób związanych z wiekiem. Dlatego takie wskaźniki są często wykorzystywane w pracy medycznej i dobrze przewidują np. Konieczność intensywnej terapii osoby starszej. W rzadkich przypadkach pracują również dla młodych ludzi, ponieważ każda wada, każda choroba związana z wiekiem poważnie wpływa na ich przeżywalność. Jednak z ich pomocą trudno jest przewidzieć cokolwiek innego niż ryzyko śmierci, więc dla stosunkowo zdrowych ludzi są one mało przydatne. Ponadto wskaźniki kruchości nie mówią nam nic o przyczynie starzenia, a jedynie mierzą jego konsekwencje.
Niemniej jednak sama zasada - by nie używać jednego parametru, ale sumę markerów - jest z pewnością prawdziwa, ponieważ uwzględnia niejednorodność populacji. A teraz naukowcy próbują zbudować modele wieloczynnikowe, aby oszacować wiek biologiczny.
Na przykład w amerykańskim badaniu CALERIE, poświęconym ograniczaniu kalorii, naukowcy śledzą 18 różnych objawów: od poziomu cholesterolu i hemoglobiny po stan błon śluzowych. Dla każdego z nich zbudowali krzywą zmian od 26 do 38 lat i zbudowali model, który przewiduje wiek biologiczny na podstawie sumy zmian wszystkich parametrów pomnożonych przez określone współczynniki. Próby oszacowania wieku biologicznego poszczególnych uczestników pokazały, że populacja nawet młodych ludzi jest wysoce niejednorodna. Zdaniem eksperymentatorów wiek biologiczny badanych, którzy według paszportów mają 38 lat, może wynosić od 30 do 50 lat. W tym badaniu szczególnie ważne jest, aby naukowcy pracowali z młodymi, zdrowymi ludźmi, u których ryzyko zgonu lub rozwoju chorób jest prawie niemożliwe do oszacowania. Prawdopodobnie,w niedalekiej przyszłości pojawi się tak złożony znacznik wieku. Pytanie tylko, jakie konkretne parametry będą w nim zawarte.
On nas uważa
Co oznacza 5, 10, a nawet 100 parametrów w porównaniu ze złożonością organizacji ludzkiego ciała? Aby nie martwić się wyborem najdokładniejszych biomarkerów, wielu naukowców stosuje zupełnie inne podejście do obliczania wieku biologicznego - sztuczną inteligencję. Ostatnio pojawiło się wiele prac, w których lekarze uczą sieci neuronowe diagnozowania wielu różnych chorób, więc dlaczego nie zastosować ich do starzenia się?
W USA zajmuje się tym grupa badaczy pod kierownictwem naukowca Alexa Zhavoronkova. Trenują sztuczną inteligencję w zakresie różnorodnych oznak starzenia. Na przykład w 2018 roku nauczyli go mierzyć wiek na podstawie zdjęcia twarzy. Rozpoznając oko i otaczającą skórę, program określił wiek z dokładnością od dwóch do pięciu lat. Jednocześnie najważniejszą cechą okazały się zmarszczki w kąciku oka: gdy tylko zostały zamknięte na zdjęciach, dla sieci neuronowej osoby starsze zaczęły wyglądać jak małe dzieci.
W 2019 roku grupa Żawonkowa podjęła się badań krwi. Mierzone przez nich parametry przypominają standardowe badanie biochemiczne: ilość różnych krwinek, stężenie białek, tłuszczów, glukozy i produktów przemiany materii - mocznik, kreatynina (produkt przemiany materii w mięśniach zwykle wydalana przez nerki), bilirubina (hemoglobina odpadowa). I znowu sztuczna inteligencja określiła wiek badanych z dokładnością do sześciu lat.
Po drodze okazało się, że dla różnych płci i grup etnicznych należy wziąć pod uwagę inny zestaw markerów. Na przykład stężenie sodu odegrało ważną rolę w obliczaniu wieku mieszkańców Korei Południowej, ale nie zależało znacząco od wieku mieszkańców Europy Wschodniej. I to jest kolejna cecha, o której trzeba pamiętać mając do czynienia z wiekiem biologicznym: warto każdorazowo sprawdzić na podstawie jakiej próbki została opracowana metoda jej określania. To, co sprawia, że stary Chińczyk jest stary, niekoniecznie sprawdza się w przypadku Indian.
Dalej w kolejce są mikroby. Mimo, że wciąż nie jesteśmy pewni, jak dokładnie różni przedstawiciele mikroflory jelitowej wpływają na zdrowie człowieka, sztuczna inteligencja już ich policzyła. Porównując względne liczby różnych typów bakterii w jelitach ludzi, sieć neuronowa nauczyła się określać wiek z dokładnością do około czterech lat.
Co ciekawe, związek niektórych drobnoustrojów z określeniem wieku nie zależał od tego, czy były one korzystne dla zdrowia, czy wręcz przeciwnie, szkodliwe. W tym sensie bakterie „przyjazne starzeniu” wydają się szczególnie interesujące. Są to prawdopodobnie te same nowo nabyte byty jelitowe, o których mówiliśmy w rozdziale „Mikroby” i które utrzymują pożądaną różnorodność w starzejącym się organizmie i utrzymują stan zapalny na pożądanym poziomie. Ale możliwe jest inne wytłumaczenie: te drobnoustroje mogą nie tyle odzwierciedlać starości, co styl życia pokolenia, które weszło w starość: mała aktywność fizyczna, wysokie spożycie cukrów i przetworzonej żywności. A jeśli to prawda, to w przyszłości naukowcy będą musieli dostosować metodę określania wieku, nie tylko w zależności od płci czy rasy,ale także z pokolenia i jego stylu życia.
Praca nad sztuczną inteligencją z pewnością poszerzy pole widzenia i ujawni, czego brakuje klasycznym metodom. Jednocześnie nie wszystkie mierzone parametry spełniają kryteria biomarkerów. Dlatego sieć neuronowa zdolna do określenia wieku osoby okazuje się bardzo użyteczna funkcjonalnie, ale rodzi wiele pytań z biologicznego punktu widzenia.
Które z parametrów, które bierze pod uwagę AI, są naprawdę ważne? Które są związane z przyczynami starzenia, a które odzwierciedlają tylko styl życia? Teraz sztuczna inteligencja kieruje się algorytmem, który jest dla nas niezrozumiały i generuje niepoparte prognozy, jak grecki wróżbita. Aby mieć powód, by wierzyć jego przewidywaniom, musimy jeszcze wyodrębnić i przetestować główne markery, na których się opiera.
Trudności w nawróceniu
Lista potencjalnych markerów wieku biologicznego na tym się nie kończy. Kandydaci na szczątki DNA krążące we krwi, ilość reszt cukrowych na białkach zewnątrzkomórkowych, a nawet cechy mózgu na obrazach MRI są proponowane. W jednym z ostatnich badań obliczono wiek mózgu na podstawie ilości tlenu zużytego na jednostkę glukozy. Rozpad glukozy bez udziału tlenu uważano za znak „dziecinny”, a oddychanie pełnym tlenem za „dorosłego”. Ta metoda przewidywała wiek z dokładnością zaledwie 8,5 roku, ale mózgi kobiet były średnio o cztery lata młodsze niż mózgi mężczyzn. Istnieje wiele takich przykładów, a liczba kandydatów na biomarkery stale rośnie.
Problem w tym, że ich przewidywania nie są ze sobą zgodne. A jeśli w każdej grupie markery nadal można sprowadzić do wspólnego mianownika - na przykład wszystkie typy zegarów epigenetycznych można skalibrować jednakowo - wówczas różnice między grupami pozostają głębokie. W różnych badaniach zachowują się inaczej: gdzieś zegarki Hannama (ale nie Chorwatów) przewidują ryzyko obniżenia zdolności umysłowych i motorycznych, w innych pracach tylko chorwackie zegarki są związane z ryzykiem chorób układu krążenia i otyłości. W trzecim badaniu wskaźnik kruchości jest znacznie dokładniejszy w określaniu wieku biologicznego niż godziny metylacji, aw czwartym żaden z markerów nie był w stanie wystarczająco dokładnie przewidzieć żadnego z objawów wieku.
Być może chodzi o wąską „specjalizację” większości markerów biologicznych, które mają charakter orientacyjny tylko w „swoim” obszarze. Stężenia lipidów są ściśle związane z otyłością, rezonansem magnetycznym mózgu - z inteligencją, długością telomerów - z regeneracją i tak dalej. Ale jeśli tak jest, czy możemy ocenić zagrożenie dla organizmu jako całości na podstawie wieku jednego organu lub układu narządów?
Ściśle mówiąc, nie jesteśmy pewni, czy wszystkie części ludzkiego ciała starzeją się w tym samym tempie, a żeby o tym mówić, musimy mieć wspólny parametr starzenia dla wszystkich. Na przykład epigenetycznie większość tkanek (choć nie wszystkie) jest mniej więcej w tym samym wieku, ale liczba w nich starzejących się komórek jest inna.
W tym sensie interesujące jest obserwowanie pacjentów, którzy przeszli transfuzję krwi lub przeszczep narządu - w ich ciałach znajdują się następnie komórki w różnym wieku biologicznym. Pomiary pokazują, że przebywanie w tym samym ciele nie wyrównuje różnicy wieku. A jeśli dawca był młodszy od biorcy, to jego komórki nadal żyją w swoim czasie, pozostając młodsze niż otaczające tkanki - przynajmniej zgodnie z zegarem epigenetycznym.
Tak czy inaczej, nie istnieje jeszcze jedna miara dla wszystkich narządów, tak jak nie ma jednego biomarkera odpowiedniego dla wszystkich eksperymentów. Każdy użyty parametr rozwiązuje jego specyficzny problem; w niektórych badaniach naukowcy szukają osobnych markerów dla różnych obszarów życia organizmu. I ma to swoją logikę: im bardziej konkretny parametr mierzymy, tym lepiej rozumiemy, jak powstaje i pod wpływem którego może się zmieniać.
Kiedy próbujemy znaleźć jeden marker dla całego organizmu, natychmiast pojawia się pytanie: co dokładnie mierzymy? Telomery wskazują, czy komórki są gotowe do podziału, a zegar epigenetyczny wskazuje, jak dobrze komórka naprawia swoje DNA lub jak dobrze nie skręcają genów. Te dwa znaczniki prawie nigdy nie pokrywają się ze sobą w prognozach. Być może sugeruje to, że każdy marker mierzy grubość swojego własnego filaru starzenia - a wtedy nie ma sensu próbować ich ze sobą łączyć.
To zapewne problem biohakerów, którzy próbują zmierzyć wiele parametrów swojego organizmu i dopasować je do „optymalnych” wartości. Istnieje niesamowita liczba markerów, a każdy z nich z osobna może nic nie znaczyć (tak jak każdy pojedynczy region metylowanego DNA praktycznie nie jest związany z wiekiem biologicznym) lub dawać wyniki, które nie pokrywają się z innymi przewidywaniami. Dlatego jest mało prawdopodobne, abyśmy pewnego dnia byli w stanie znaleźć jeden konkretny parametr, który odpowie na wszystkie nasze pytania.
Znajdujemy się w ślepym zaułku: niemożliwe jest znalezienie jednego markera, takiego samego dla wszystkich, a wiele mniejszych markerów jest nadal słabo ze sobą zgodnych i nie daje biologicznych wyjaśnień. To ten sam problem, z którym borykają się wojownicy przeciwko starzeniu się: wydaje się, że nie jesteśmy już przeznaczeni do otwierania jednej magicznej pigułki i trudno jest naprawić wszystko w częściach, jak sugeruje Aubrey de Gray. Lista zmian, które zebraliśmy na stronach tej części, nie pozostawia nadziei na łatwą naprawę. W następnej części postaramy się znaleźć kompromis i porozmawiać o tym, jak poszukiwanie przyczyn starzenia się pomaga dowiedzieć się, co można z tym zrobić i który przepis na „eliksir młodości” wydaje się dziś najbardziej prawdopodobny.