Starzenie się nie jest nieuniknionym faktem w życiu - wiele zwierząt znalazło już sposób na opóźnienie momentu śmierci. Ich wskazówki mogą pomóc nam wszystkim cieszyć się długim i zdrowym życiem. Na przykład co najmniej do dwustu lat. Czy możesz to sobie wyobrazić? Jestem.
Zaledwie 30 lat po publikacji Moby Dicka grupa wielorybników z Alaski próbowała powstrzymać własnego olbrzyma oceanicznego. Ich celem był samiec jelita grubego, drugi co do wielkości ssak na Ziemi.
Gatunek ten jest znany ze swojej niesamowitej długowieczności: według folkloru Eskimosów wieloryby te prowadzą „dwa życia ludzkie” i są również wolne od harpunów ze względu na ich ogromną siłę.
Wielorybnicy byli uzbrojeni w najnowszą technologię, w szczególności w „bombę z włócznią”, która wybucha przy uderzeniu, przebijając się przez grubą warstwę oleju wielorybiego. Jednak to nie wystarczyło, aby pokonać wieloryba. Trzy odłamki włóczni trafiły go w bok, ale - podobnie jak Moby Dick - wyrwał się i zostawił tylko powierzchowne rany.
Wieloryb wędrował bez łapania przez kolejne 120 lat, aż do 2007 roku, kiedy w końcu złapała go grupa wielorybników. Znalazła nawet fragmenty tej samej włóczni, która pozostała w oleju z wieloryba.
Według różnych szacunków wieloryby te żyją co najmniej 150 lat, a być może nawet 210 lat. Oprócz lekko pomarszczonej skóry, nadmiaru tłuszczu i blizn bojowych, wieloryby wykazują zaskakująco niewiele złych skutków długiego życia. Co z kolei jest bardzo interesujące dla lekarzy badających starzenie się.
„Żyją znacznie dłużej niż ludzie, ale żyją na wolności, nie chodząc do lekarza i nie korzystając z dobrodziejstw ludzkiego społeczeństwa” - mówi João Pedro de Magalhaes z Uniwersytetu w Liverpoolu. „Dlatego muszą być naturalnie chronieni przed chorobami starości”.
Film promocyjny:
Badając te wieloryby i inne niezwykle długowieczne stworzenia, de Magalhaes i współpracownicy mają nadzieję, że uda nam się znaleźć nowe leki, które w podobny sposób spowolnią rozkład ludzkiego ciała i opóźnią śmierć.
„Starzenie się jest tajemnicą, wiemy stosunkowo niewiele o procesach biologicznych z nim związanych i pozostaje główną przyczyną cierpienia i śmierci we współczesnym świecie” - mówi de Magalhaes. „Gdybyśmy mogli to odłożyć choćby na chwilę, byłby to bezprecedensowy cud dla człowieka”.
Vadim Gladyshev z Harvard University zgadza się z nim. „Jest to istotny problem biologiczny, ponieważ większość przewlekłych chorób ludzi ma swoje źródło w starzeniu się. Nauki biomedyczne są zorganizowane tak, aby skupiać się na określonych chorobach, takich jak rak, choroba Alzheimera czy cukrzyca”- mówi. „Ale jeśli odkładasz starzenie się, możesz również odłożyć wszystkie związane z tym choroby”.
Ze starzeniem się wiąże się wiele różnych czynników. Po pierwsze, środowisko: nikt nie może żyć w bańce, więc nasze DNA i inna inżynieria molekularna są powoli uszkadzane przez szkodliwe chemikalia lub promieniowanie. Chociaż nasze komórki mają narzędzia do naprawy, ostatecznie zniszczenie staje się zbyt rozległe, prowadzi do mutacji, a komórki rosną w guzy.
Moglibyśmy również rozwiązać problemy z naszym własnym metabolizmem: tak jak piece wymagają regularnego czyszczenia, nasze komórki generują dużo odpadów, ponieważ spalana jest energia. Odpady gromadzą się z czasem i mogą zakłócać ważne procesy biologiczne. „Obrażenia narastają, a organizm nie jest w stanie sobie z nimi poradzić” - mówi Gladyshev.
Wreszcie, organizm boryka się z problemami regeneracji narządów: każdy chromosom ma na końcach wiązkę DNA zwaną telomerami, które zachowują się jak plastikowe końcówki sznurowadeł, aby zapobiec ich rozprzestrzenianiu się.
Telomer skraca się za każdym razem, gdy komórka się dzieli, aż w końcu staje się tak krótki, że komórka działa nieprawidłowo lub umiera. Dzięki temu stajemy się podatni na różne choroby.
Menażeria Metuszelacha
Wszystko wskazuje na to, że jakaś nieodparta siła popycha nas w kierunku śmierci - ale kilka dowodów sugeruje, że istnieją hamulce, które mogą spowolnić ten proces. Na przykład metformina, powszechnie stosowany lek na cukrzycę, może nieznacznie spowolnić starzenie się myszy.
Prosta zmiana w jednym genie zaangażowanym w metabolizm komórkowy pierścieni może znacznie wydłużyć jego życie; i chociaż jest mało prawdopodobne, aby te same zmiany pomogły bardziej złożonym organizmom, wszystko to wskazuje, że starzenie się jest łatwe do opanowania. „Starzenie się jest zaskakująco elastyczne i łatwe w zarządzaniu” - mówi de Magalhaes.
Naukowcy tacy jak Magalhaes i Gladyshev szukają innych kandydatów, używając prawdziwych mafusaili jako przywódców (Matuzalem jest najdłużej żyjącą postacią biblijną).
Spodziewana długość życia samych ssaków jest bardzo różna, od ryjówek, które żyją nie dłużej niż sześć miesięcy, po wieloryby, które żyją ponad dwieście lat. Z jakiegoś powodu dobór naturalny zmusił niektóre stworzenia do opracowania własnych eliksirów życia.
„Metformina wydłuża nieco żywotność myszy, ale kiedy patrzy się na różne stworzenia, zdolność doboru naturalnego do wydłużania życia jest znacznie większa” - mówi de Magalhaes. „Najprawdopodobniej rozwiną inne mechanizmy przedłużające życie, odporne na raka i inne choroby związane z wiekiem”.
A każdy z nich może ulepszyć naszą medycynę. Albo, jak zauważa Gladyshev, „natura nieustannie zmienia długość życia, pozostaje tylko pytanie, jak to robi. Czy możemy kierować się tą mechaniką, wydłużając w ten sposób długość życia ludzi?”
Najciekawsze stworzenia należą do wyjątkowych stulatków; Wydaje się, że określone gatunki mogą przetrwać, nawet najbliżsi krewni. I nie zawsze są tak majestatyczne jak wieloryb wieloryb.
Ze swoją pomarszczoną i bezwłosą skórą, nagi kret szczur wcale nie wygląda jak dziecko na plakacie promującym zdrowie - ale żyje do 30 lat, znacznie dłużej niż 2-3 lata, na które mogą sobie pozwolić zwykłe myszy.
Ponadto nagi kret szczur jest wyjątkowo odporny na raka - nie zidentyfikowano ani jednego przypadku raka u tysięcy osobników badanych w laboratoriach. Nawet kąpane w silnych substancjach rakotwórczych pozostawały odporne na raka.
Można to częściowo wytłumaczyć faktem, że ich komórki przestają rosnąć, gdy stają się zbyt gęste - mechanizm ten zatrzymuje namnażanie się guza i przejmuje kontrolę nad wzrostem. Wydaje się, że pochodzi od szczególnie „ciężkiej” wersji substancji chemicznej znanej jako kwas hialuronowy.
Ta cząsteczka jest częścią rusztowania otaczającego klatkę i początkowo mogła być zaangażowana w rozwój elastyczności skóry nagiego kretka, aby ułatwić przeciskanie się przez ciasne nory.
Obecnie wydaje się być częścią systemu sygnalizacyjnego, który powstrzymuje komórki przed niekontrolowaną proliferacją. Innymi słowy, nawet jeśli mutacja pozwala na powstanie guza, hialuron zatrzymuje jego dalszy rozwój.
Gladyshev badał także nietoperza Brandta, maleńkiego stworzenia, które żyje ponad 40 lat, mimo że waży nieco więcej niż kostkę rafinowanego cukru. „Biorąc pod uwagę jego rozmiar, jest to najbardziej ekstremalny przypadek” - mówi Gladyshev.
Odkrył niezwykłe mutacje wokół receptorów u myszy, które pośredniczą we wzroście hormonów i insulinopodobnym czynniku wzrostu - zmiany, które mogą skłonić nas do zastanowienia się, jak kontrolować metabolizm u zwierząt, ograniczając szkody, które zwykle pojawiają się wraz z wiekiem.
Czy bijący rekordy wieloryb wychwyci takie podpowiedzi? Ogromny rozmiar wieloryba - 20 metrów długości i do setek ton wagi - stwarza pewne unikalne problemy interesujące biologów, takich jak Magalhaes i Gladyshev. Na przykład, jeśli jego komórki spalałyby energię w takim samym tempie jak komórki myszy, nadmiar ciepła zagotowałby otaczającą wodę, więc ewolucja spowodowała powolny metabolizm i niską temperaturę ciała u wieloryba.
Tak ogromne ciało naraża Cię również na ogromne ryzyko zachorowania na raka, dzięki prostej matematyce: im więcej masz komórek, tym większe są szanse na rozwój szkodliwych mutacji. (W rzeczywistości jedno badanie wykazało nawet, że z tego powodu ludzie wysocy są nieco bardziej narażeni na raka niż osoby niskie).
A problem jest większy, jeśli żyjesz dłużej, doświadczasz „większej liczby podziałów komórkowych, więc szanse na raka dramatycznie rosną” - mówi Leonard Nanny z University of California w Riverside, który bada ewolucję raka.
Nieśmiertelne zoo
Czy jakieś stworzenia mogą żyć wiecznie?
Wieloryb wieloryb może żyć dłużej niż dwa wieki, co czyni go najstarszym ssakiem. Ale jak to się ma do innych typów organizmów? Badanie nasion sosny bristlecone, która żyje do 4700 lat, nie ujawniło żadnych specyficznych mutacji komórkowych, które mogły się rozwinąć w czasie.
Zwierzęta kolonialne, takie jak korale, mogą żyć ponad 4000 lat. Ale pojedyncze polipy nie przetrwają dłużej niż kilka lat.
Małż kopalniany jest uważany za najstarsze samotne zwierzę. Ta oceaniczna długa wątroba miała 507 lat, kiedy biologowie wydobyli ją z wód przybrzeżnych w pobliżu Islandii w 2006 roku.
Opierając się na tempie rozwoju raka u ludzi, wszystkie duże wieloryby przed urodzeniem powinny być zaśmiecone guzami - ale nadal żyją i żyją. Fakt ten jest znany jako „paradoks Peto” i sugeruje, że wieloryby, podobnie jak nagie kretoszczury, mają w rękawach sprytne ewolucyjne sztuczki, aby poradzić sobie ze szkodliwymi mutacjami.
Jeśli umieścisz je w kontekście innych zwierząt, naprawdę będą żyć długo. Muszą mieć mechanizmy hamujące wzrost guzów, których my nie mamy.
To właśnie te mechanizmy i wiele więcej próbuje znaleźć Magalhaes, zaglądając do genomu wieloryba. Początkowo próbował eksperymentować z tkaniną. W końcu znalazł zespół, który już nawiązał więzi z łowcami Eskimosów.
Aby zachować swoje tradycje, rdzenne społeczności wokół Arktyki co roku chwytają i zabijają ograniczoną liczbę wielorybów. Chociaż początkowo podejrzliwi wobec obcych, myśliwi ostatecznie zgodzili się pomóc naukowcom w odebraniu części tkanki ofiary.
Nawet po zebraniu materiału grupa stanęła przed niezwykłym wyzwaniem związanym z sekwencjonowaniem genetycznym. Biorąc pod uwagę ogromną ilość danych, zadanie to przypominało wycinanie setek lub tysięcy kopii Moby Dicks, a następnie układanie poszczególnych sekwencji w sensownej kolejności.
Rezultatem była seria odkryć, które mogą utorować drogę przyszłej medycynie. Naukowcy zauważyli szczególne zainteresowanie zmianami w genie zwanym ERCC1. Ten gen jest znany z kodowania narzędzi molekularnych, które mogą łatać małe fragmenty uszkodzonego genomu. Wygląda na to, że jedna mutacja u wielorybów wielorybów poszła o krok dalej i może zapobiegać gromadzeniu się szkodliwych mutacji, które powodują raka.
Naukowcy odkryli również zmiany w genie PCNA, który bierze udział w proliferacji komórek. Koduje białko, które działa jak rodzaj klamry łączącej molekularne maszyny wyzwalające replikację DNA. Bowhead whales mają zduplikowane regiony z tym genem, a ich mutacje wydają się pomagać w interakcji z innymi częściami narzędzia do naprawy DNA.
Naukowcy zasugerowali, że ta jedna zmiana może wywołać wzrost komórek bez szkód, które pojawiają się z biegiem lat. Biorąc pod uwagę inne ważne adaptacje, mogłoby to pomóc wielorybom w zmniejszeniu stresu komórkowego, co z kolei może prowadzić do długiego życia ssaków.
Znak długowieczności
Po drugiej stronie Atlantyku, na Harvardzie, Gladyshev przeprowadził niedawno własne badanie „transkryptomu” wielorybów wielorybów; nie tylko badając geny, ale także badając ich aktywność. Jeśli zauważysz, że określone geny są szczególnie aktywne, wiesz, że mogą również odgrywać ważną rolę w procesie starzenia. Naukowiec odkrył te same rodzaje zmian w systemie sygnalizacji insuliny, które zauważył u nietoperzy Brandta.
„Być może tak właśnie zmienia się metaboliczne ustawienie komórek, w jakiś sposób stają się one długowieczne. Jednak te ustalenia wymagają dokładnej analizy”. Wyniki te, zdaniem naukowca, dają „znak długowieczności” i dlatego mogą być wykorzystane w dalszych badaniach.
Te odkrycia przyciągnęły uwagę kluczowych postaci medycyny. Francis Collins, dyrektor National Institutes of Health w USA, był pod wrażeniem, pisząc, że praca Gladysheva prowadzi nas „prosto do progu nowych odkryć dotyczących zdrowego i długiego życia”.
Poza tym progiem możemy odkryć wiele możliwych sposobów ulepszenia naszego leczenia. Gladyshev twierdzi, że moglibyśmy sprawdzić, czy jakaś dieta lub ćwiczenia mogą pomóc naszemu organizmowi rozwinąć długość życia podobną do wieloryba.
Na przykład niektórzy argumentowali, że post lub „ograniczenie kalorii” spowalnia proces starzenia i byłoby interesujące porównać zmiany metaboliczne, aby zobaczyć, czy przypominają one te, które pozwalają wielorybom żyć tak długo. W tym sensie wieloryby wieloryby mogą być naszymi przewodnikami po długim i szczęśliwym życiu.
Ponadto te długowieczne stworzenia mogą zainspirować nas do bardziej radykalnych terapii. Jak mówi de Magalhaes, pierwszym krokiem będzie wyhodowanie ludzkiej tkanki z mutacjami obserwowanymi u wielorybów, nietoperza Brandta i nagiego kretoszczura.
„Jeśli zmienimy ludzkie białka tak, by przypominały zwierzęta, zobaczymy zmiany w DNA” - mówi. „I chciałbym pobrać geny wieloryba jelita grubego i umieścić je u myszy, aby sprawdzić, czy żyją dłużej”.
Po tych wstępnych testach następną przeszkodą będzie znalezienie sposobu na wywołanie takich samych zmian w niezwykle złożonym ludzkim ciele, być może za pomocą leków naśladujących efekty genetyczne.
W niektórych przypadkach organizmy, takie jak drożdże, można zmodyfikować genetycznie, aby wyhodować pożądane białka w dużych kadziach, które będą się samooczyszczać do użytku przez ludzi, lub można znaleźć leki naśladujące te efekty.
W przyszłości terapia genowa może nawet pozwolić nam naprawić DNA żywych ludzi; moglibyśmy pożyczyć od mutacji genetycznych wielorybów jeleniowatych, które produkują od milionów lat. Biorąc pod uwagę ostatnie postępy w terapii genowej, „nie ma powodu, aby sądzić, że jest to niemożliwe”.
Oczywiście najtrudniejsza rzecz jest przed nami. Chociaż jesteśmy stosunkowo blisko spokrewnieni z ewolucyjnego punktu widzenia, to, co działa w przypadku wieloryba lub nagiego kretoszczura, może działać w niewielkim stopniu lub wcale w przypadku ludzkiego ciała.
„Zawsze można znaleźć różne sposoby, w jakie różne organizmy hamują raka - ale czy będą one przydatne terapeutycznie, nie można wiedzieć z góry” - mówi Nanni.
Naturalna reakcja na raka powstała w wyniku „szczęśliwego procesu”, w którym unikalne rozwiązanie wynikało z wyjątkowych okoliczności każdego organizmu. Z tym wszystkim z zadowoleniem przyjmuje nowe podejście do znajdowania rozwiązań w przyrodzie.
„Myślę, że biolodzy zajmujący się rakiem zaczynają rozumieć, że wprowadzenie idei ewolucyjnych będzie owocnym przedsięwzięciem”.
De Magalhaes i Gladyshev nie mają złudzeń co do złożoności ścieżki - ale nie tracą nadziei. „Historia jest pełna twierdzeń ekspertów, którzy uważali, że pewne rzeczy są niemożliwe i ostatecznie się mylili” - mówi de Magalhaes.
Pomyśl o stanie medycyny sprzed 120 lat, kiedy niektóre z dzisiejszych wielorybów były tylko dziećmi. W tamtych czasach infekcje zagrażające życiu były powszechne. Obecnie do ich skutecznego leczenia stosuje się antybiotyki.
Ostatecznie de Magalhaes postrzega starzenie się jako chorobę ostateczną - chorobę, którą można wyleczyć samodzielnie.
„Nie tylko przedłużamy okres zniszczenia”, mówi. „Chcemy, aby 70-latkowie mieli zdrowie 50-latków - taki jest cel”.
Być może w 2120 roku spojrzymy wstecz, zastanawiając się nad pierwszymi krokami do tego celu.