Overwinning op veroudering is een al lang bestaande menselijke droom. Wetenschappers begrijpen echter, ondanks talrijke studies, nog steeds niet volledig waarom, met de leeftijd, de functies van het lichaam geleidelijk worden verstoord en organen falen. "Lenta.ru" vertelt over een nieuwe baan die de onmogelijkheid van de eeuwige jeugd in de moderne realiteit verklaart.
Een van de belangrijkste ontdekkingen in de biologie van het ouder worden van de mens is meer dan 50 jaar geleden gedaan. In 1961 ontdekte Leonard Hayflick, hoogleraar anatomie aan de Universiteit van Californië, dat menselijke cellen na ongeveer 50 delingen afsterven, en naarmate ze dit punt naderen, vertonen ze tekenen van veroudering. Dit fenomeen is in verband gebracht met het verkorten van telomeren - de uiteinden van chromosomen die een vitaal deel van het DNA beschermen tegen beschadiging. Wanneer telomeren volledig verdwijnen, start de cel een zelfvernietigingsmechanisme.
Hoewel het verkorten van telomeren door sommige anti-verouderingsactivisten nog steeds wordt aangenomen als de belangrijkste oorzaak van langzaam verval van lichaamsfuncties en de daaropvolgende dood, hebben wetenschappers andere theorieën voorgesteld. Bijvoorbeeld de geleidelijke accumulatie van mutaties in het DNA, evolutionaire programmering of de invloed van vrije radicalen. Ondanks het feit dat er bijna een halve eeuw is verstreken sinds de ontdekking van de Hayflick-limiet, is er nog steeds geen volledig begrip van wat levende organismen precies doet verouderen.
Gerontoloog Brett Augsburger van Auburn University in de Verenigde Staten heeft een nieuwe benadering ontwikkeld om de oorzaken van veroudering op te helderen. In zijn paper, waarvan een voordruk werd gepubliceerd in de bioRxiv.org-repository, suggereerde hij dat de sleutel tot het oplossen van het probleem mogelijk niet-evenwichtige thermodynamica is, die systemen beschrijft die niet in thermodynamisch evenwicht zijn. Volgens de wetenschapper hangt de levensverwachting af van de snelheid waarmee biologische moleculen worden vernietigd en het onvermijdelijke verlies van informatie. Het wordt duidelijk waarom het overwinnen van veroudering in de nabije toekomst onmogelijk is: fundamentele fysische wetten maken slijtage van het lichaam onvermijdelijk.
De nieuwe benadering verklaart enkele van de paradoxen die zich voordoen in andere verouderingsmodellen, en onthult ook de fundamentele tekortkomingen in de theorie van de wegwerpmeerval, die in 1977 werd voorgesteld door de Engelse bioloog Thomas Kirkwood.
De disposable soma-theorie gaat ervan uit dat het lichaam een bepaalde hoeveelheid energie moet hebben om metabolisme, voortplanting, herstel en andere functies in stand te houden. Omdat de hoeveelheid voedsel altijd beperkt is, moet u een compromis sluiten. Omdat de mechanismen die verantwoordelijk zijn voor regeneratie niet genoeg energie ontvangen, begint het lichaam te verouderen. Sommige experts zijn van mening dat de beperkende bron tijd is, niet energie. Volgens dit standpunt is er voor elk organisme een optimale zwangerschapsduur, wanneer het nageslacht het meest levensvatbaar zal zijn. Het beperkt echter de hoeveelheid tijd die u aan groei en ontwikkeling kunt besteden. De snelheid van ontwikkeling en dracht worden dus beïnvloed door natuurlijke selectie. Door de zwangerschap te versnellen, wordt de tijd beperktgereserveerd voor het herstel van cellulaire schade. Dit leidt op zijn beurt tot de opeenstapeling van defecten en een afname van de levensverwachting in vergelijking met organismen met een lange draagtijd.
Chromosomen met telomeren
Promotie video:
Afbeelding: US Department of Energy Human Genome Program
De tweede wet van de thermodynamica suggereert dat elke vorm van energie de neiging heeft om naar een minder geordende toestand te gaan - met andere woorden, om in de ruimte te verdwijnen. Elk niet-evenwichtssysteem, inclusief levende organismen, zal op deze manier energie transformeren totdat een punt van evenwicht is bereikt - in dit geval de toestand van de dood. Veel wezens kunnen de overgang naar een evenwichtstoestand lang genoeg weerstaan om zich te ontwikkelen en zich voort te planten. Voor verschillende soorten duurt deze tijd enkele uren tot decennia.
Hayflick-limiet, beperking van de deling van somatische cellen
In een levend organisme, ver verwijderd van de toestand van thermodynamisch evenwicht, is vrije energie geconcentreerd in de chemische bindingen van grote biomoleculen. Dit maakt het mogelijk om door te gaan met verschillende processen, van het ontvouwen van eiwitten en het ontwarren van DNA tot hydrolyse, oxidatie en methylering. Auxburger modelleerde een systeem dat aantoonde dat biomoleculen onvermijdelijk moeten worden afgebroken, wat resulteert in energiedissipatie. Bovendien dragen alle processen die zich in het lichaam voordoen bij aan het naderen van een evenwichtstoestand, inclusief het genereren van elektrische impulsen.
De auteur van het werk kwam tot de conclusie dat de mechanismen van het herstel van moleculen niet garanderen dat de informatie in het DNA in individuele cellen bewaard blijft, en daarom moet het onvermijdelijk afnemen. Als gevolg hiervan wordt ook de vitaliteit van het organisme verminderd. Als we er rekening mee houden dat cellen worden beïnvloed door een soort natuurlijke selectie, dan kan er door mutaties in het DNA een situatie ontstaan dat individuele cellen (delen als gevolg van mitose) voordelen behalen ten opzichte van andere cellen, wat niet per se gunstig is voor de persoon als geheel. Door ze te verwijderen, kunnen de negatieve effecten worden vertraagd, maar na verloop van tijd zullen steeds meer cellen defect raken. Daarom, als het lichaam lang genoeg leeft, wordt het niet alleen onvermijdelijk oud, maar wordt het vroeg of laat getroffen door kanker.
Naakte molratten hebben, zoals veel dieren, kanker.
Foto: Roman Klementschitz / Wikipedia
Van bepaalde diersoorten, zoals de naakte molrat (Heterocephalus glaber), wordt aangenomen dat ze vrij zijn van kanker. Deze mening is echter onjuist, aangezien het even duurt voordat een kwaadaardige tumor verschijnt. Onlangs verscheen een artikel waarin wetenschappers het eerste geval van kanker beschreven in H.glaber.
De zoektocht naar genen met een lange levensduur is nutteloos in die zin dat het bewerken ervan met behulp van genetische manipulatiemethoden de levensduur van complexe organismen zoals mensen niet significant zal verlengen. Bovendien kunnen dergelijke manipulaties schadelijk zijn, daarom adviseert de auteur om af te stappen van een benadering die zich richt op het leggen van verbanden tussen genen en bepaalde tekenen van veroudering. In het beste geval vertegenwoordigen genen een onvolledige reeks factoren in een lang leven.
Wat zou de manier kunnen zijn om veroudering tegen te gaan? Zeer complex en buiten de mogelijkheden van moderne biotechnologie. Aangezien ouderdomsprocessen een gevolg zijn van fundamentele wetten, is het nog steeds onrealistisch om de onderliggende oorzaken van veroudering weg te nemen. Een effectieve aanpak in dit geval kan het creëren van DNA-bibliotheken zijn, waarin informatie over intacte genen wordt opgeslagen. Op basis daarvan kunnen jonge stamcellen worden gesynthetiseerd voor transplantatie in een oud organisme. Volgens Auxburger zijn dergelijke methoden effectiever dan bestaande.
Alexander Enikeev
