Почему мы не эволюционировали, чтобы жить вечно?
Эволюция «слепа», когда речь идёт о работе генов после завершения репродуктивного возраста.
Учёные из Института молекулярной биологии (нем. Institut für Molekulare Biologie, IMB) в Майнце, Германия, совершили прорыв в изучении старения. Исследователи обнаружили, что гены, ответственные за процесс аутофагии, обеспечивают крепкое здоровье в молодом возрасте и управляют процессом старения в зрелом. Правда, исследование проводилось на червях.
Результаты опубликованы в издании Genes & Development. Авторам работы удалось наглядно показать, что старение представляет собой «побочный продукт» эволюции. Кроме того, полученные в ходе исследования данные могут быть использованы в борьбе с нейродегенеративными заболеваниями, в частности, с болезнями Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона. В развитии всех этих заболеваний аутофагия играет значимую роль.
Учёные также продемонстрировали, что «выключение» процесса аутофагии у старых червей улучшает работу нервной системы, а затем — и организма в целом.
Мы все стареем. Вопрос в том, должны ли мы стареть. Ответить на него попытались учёные из лаборатории доктора Хольгера Рихли (Holger Richly) из Института молекулярной биологии.
Как писал Чарльз Дарвин (Charles Darwin), естественный отбор приводит к тому, что наиболее приспособленные к определённым условиям окружающей среды особи выживают и передают свои гены потомству. Причём, чем в более значительной мере некий признак способствует репродуктивному успеху, тем интенсивнее по этому признаку будет идти отбор. Теоретически, это означает, что особи, гены которых эффективно препятствуют старению, должны были бы размножаться непрерывно. То есть, вопреки существующему положению дел, с эволюционной точки зрения старения быть не должно.
Этот парадокс стал предметом активных — правда, сугубо теоретических — дискуссий в научном сообществе ещё в 1800-х годах. И только в 1953 году, когда Джордж Уильямс (George Williams) предложил гипотезу антагонистической плейотропии, появилось рациональное объяснение факта появления процесса старения в ходе эволюции. Уильямс предположил, что в ходе естественного отбора сохраняются гены, обеспечивающие репродуктивный успех. При этом отбор игнорирует их негативное влияние на продолжительность жизни, если оно возникает уже после завершения процесса воспроизводства.
То есть, мутация, которая сокращает срок жизни особи, но помогает оставить больше потомков, с точки зрения эволюции считается «хорошей». Со временем такие мутации закрепляются в ДНК, негативно влияя на продолжительность жизни и одновременно позволяя распространить «гены старения» в следующих поколениях.
Хотя эта теория была подтверждена математически и эмпирически, непосредственных генетико-молекулярных доказательств её достоверности раньше не было.
Рассказывает соавтор новой работы Джонатан Бёрн (Jonathan Byrne): «В эволюционной теории старения всё хорошо описано, но реальных свидетельств того, что происходит в живой природе, в ней до сегодняшнего дня не было. Эволюция «не замечает» тех эффектов мутаций, которые связаны со старением, поскольку они проявляются уже после того, как особь оставила потомство.
Гены антагонистической плейотропии не были обнаружены ранее, поскольку со старыми животными работать очень сложно. Мы были первыми, кому удалось провести масштабное исследование в этой области и обнаружить удивительно большое число генов [30], работающих описанным образом».
В предыдущих исследованиях уже обнаруживались гены, необходимые для развития, но одновременно влияющие на старение. Однако новая работа выявила 30 генов, непосредственно участвующих в процессе старения червей зрелого возраста. «Поскольку мы изучили лишь 0,05% от общего числа генов этого вида, можно предположить, что впереди ещё немало находок», — добавляет Бёрн.
Доказательство того, что старение поддерживается эволюцией, стало не единственным неожиданным результатом исследования. Рассказывает соавтор работы Томас Вильгельм (Thomas Wilhelm): «Самым большим сюрпризом для нас оказались те процессы, в которые вовлечены эти гены. Мы обнаружили группу генов, управляющих процессом аутофагии, который, в свою очередь, ускоряет старение». Это по-настоящему удивительно, ведь аутофагия — критически важная составляющая обменных процессов клетки, необходимая для жизни. Известно, что с возрастом процесс аутофагии замедляется, а у старых червей фактически исчезает. Исследователи продемонстрировали, что «выключение» генов, инициирующих процесс аутофагии, позволяет животным прожить дольше, чем червям, чей геном не подвергался изменениям. «Это может заставить нас изменить наши представления об одном из фундаментальных клеточных процессов, — поясняет руководитель исследования Хольгер Рихли. — Аутофагия практически всегда рассматривается как полезный процесс, даже в тех случаях, когда она идёт очень медленно. Но мы продемонстрировали, что замедление этого процесса приводит к очень серьёзным негативным последствиям, и иногда от него лучше отказаться вовсе. У молодых червей аутофагия работает корректно, и им она нужна для достижения зрелости. Однако после завершения репродуктивного возраста нарушения течения этого процесса приводят к тому, что черви стареют».
В финальной части работы Рихли и его коллеги смогли соотнести увеличивающие продолжительность жизни сигналы с определённым типом клеток: нейронами. «Выключив» аутофагию в нейронах старых червей, учёные смогли не только продлить жизнь животных, но и существенно улучшить их состояние здоровья.
«Представьте, что вы достигли середины жизни и начали принимать лекарство, которое позволяет вам оставаться таким же здоровым и подвижным, как те, кто вполовину моложе вас. Примерно это произошло с червями, — рассказывает Вильгельм. — Мы «выключили» аутофагию только в одной ткани, а пользу от этого получил организм животного в целом. У червей, прошедших лечение, нейроны находились в сравнительно лучшем состоянии, и это помогло сохранить здоровье мышц и организма в целом. В среднем нам удалось продлить жизнь червей на 50%».
Хотя механизмы, лежащие в основе сделанных открытий, пока неизвестны, результаты новой работы могут быть использованы в реальной жизни. «Многие неврологические заболевания связаны с нарушениями аутофагии. Это и болезнь Альцгеймера, и болезнь Паркинсона, и болезнь Хантингтона. Возможно, что обнаруженные «гены аутофагии» могут помочь в сохранении целостности нервной системы у больных с такими диагнозами», — добавляет Вильгельм. Хотя до появления таких методов лечения в повседневной медицине ещё далеко, перспективы рисуются самые радужные: возможно, со временем мы сможем предотвращать развитие нейродегенеративных заболеваний, одновременно становясь моложе и здоровее.
Процессы старения волнуют не только генетиков и молекулярных биологов. Так, в мае 2016 г. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) приняла Глобальную стратегию и план действий в области старения и здоровья. Одной из основных целей стратегии является совершенствование сбора статистики, мониторинга и исследований в области здорового старения. Оказать помощь ВОЗ в её работе можно, заполнив короткую анкету. Потратив всего 15 минут, вы можете помочь организаторам здравоохранения, врачам и учёным, работающим в области борьбы со старением и связанными с ним болезнями.
26.09.2017 Источник: 22century.ru
В то время как некоторые западные страны по религиозным и другим причинам запрещают генетическое редактирование человеческих эмбрионов, одним из мировых лидеров в этом научном направлении стал Китай. Направление очень перспективное, потому что после расшифровки человеческого генома учёным стало доступным беспрецедентное количество информации о маркерах точечных мутаций, когда проблема состоит в замене единственного основания в цепочке ДНК (на иллюстрации показано мутировавшее основание A>G, из-за чего возникает бета-талассемия).
