Ум И Тяло

Защо учените изучават генетичните трикове на най-дълго живеещите животни | Наука

Животът за повечето от нас свършва твърде рано - оттук и усилията на биомедицинските изследователи да намерят начини да забавят процеса на стареене и да удължат престоя ни на Земята. Но в основата на науката за стареенето има парадокс: По-голямата част от изследванията се фокусират върху плодовите мухи, нематодните червеи и лабораторни мишки , защото с тях се работи лесно и са налични много генетични инструменти. И все пак, основната причина, поради която генетиците избират тези видове на първо място, е, че те имат кратък живот. Всъщност научаваме за дълголетието от организми, които са най-малко успешни в играта.

Днес малък брой изследователи възприемат различен подход и изучават необичайно дълголетни същества - такива, които поради каквито и да било еволюционни причини са били пропити с продължителност на живота далеч по-дълга от другите същества, с които са тясно свързани. Надеждата е, че чрез изследване и разбиране на гените и биохимичните пътища, които придават дълъг живот, изследователите в крайна сметка могат да разкрият трикове, които могат да удължат и собствения ни живот.

Всеки има груба представа какво е стареенето, само от преживяването му, както се случва на себе си и на другите. Кожата ни увисва, косата ни побелява, ставите се втвърдяват и скърцат - всички признаци, че нашите компоненти - т.е. В резултат на това сме по-склонни към хронични заболявания като рак, болест на Алцхаймер и диабет - и колкото по-възрастни сме, толкова по-вероятно е да умрем всяка година. Вие живеете и като живеете, вие произвеждате негативни последици като молекулярни увреждания. Тази вреда се натрупва с течение на времето, казва Вадим Гладишев, който изследва стареенето в Харвардското медицинско училище. По същество това е стареене.





защо ехидните имат 4 глави

Това обаче се случва по-бързо при някои видове, отколкото при други - най-ясният модел е, че по-големите животни са склонни да живеят по-дълго от по-малките. Но дори и след отчитане на размера, остават огромни разлики в дълголетието. Домашна мишка живее само две или три години, докато голият мол плъх, подобен по размер гризач, живее повече от 35. Боухед китовете са огромни - вторият по големина жив бозайник - но техният 200-годишен живот е поне два пъти по-голям от този на бихте очаквали предвид техния размер. Хората също са изключителни: Ние живеем два пъти по-дълго от нашите най-близки роднини, шимпанзетата.

Гледайте това онлайн събитие на 6 май 2021 г., организирано от Списание Knowable .



Прилепи над средното

Може би най-забележителните животни Methuselahs са сред прилепите. Един човек на Myotis brandtii , малко бухалка с приблизително една трета с размерите на мишка, беше върнато, все още хладно и сърдечно, 41 години след като първоначално беше обвързано. Това е особено невероятно за животни, живеещи в дивата природа, казва Ема Тийлинг, еволюционен биолог от прилепите в Университетския колеж в Дъблин, който е съавтор преглед, изследващ стойността на прилепите при изучаване на стареенето през 2018г Годишен преглед на биологичните науки за животните . Това е еквивалентно на около 240 до 280 човешки години, с почти никакви признаци на стареене, казва тя. Така че прилепите са необикновени. Въпросът е, защо?

Всъщност има два начина да мислите за въпроса на Teeling. Първо: Какви са еволюционните причини, поради които някои видове са станали дълголетни, докато други не са станали? И второ: Какви са генетичните и метаболитни трикове, които им позволяват да правят това?

Отговорите на първия въпрос, поне с широки мазки, стават доста ясни. Количеството енергия, което един вид трябва да вложи за предотвратяване или възстановяване на уврежданията от живота, зависи от това колко вероятно е даден индивид да оцелее достатъчно дълго, за да се възползва от цялата тази клетъчна поддръжка. Искате да инвестирате достатъчно, за да не се разпада тялото твърде бързо, но не искате да прекалявате с инвестициите, казва Том Къркууд, биогеронтолог от университета в Нюкасъл във Великобритания. Искате тяло, което има добри шансове да остане в здраво състояние, докато имате прилична статистическа вероятност да оцелее.



Това предполага, че малко бързащ гризач като мишка няма много да спечели, като инвестира много в поддръжка, тъй като така или иначе вероятно ще приключи като обяд на хищник в рамките на няколко месеца. Тази ниска инвестиция означава, че трябва да остарее по-бързо. За разлика от тях, видове като китове и слонове са по-малко уязвими от хищнически или други случайни удари на съдбата и е вероятно да оцелеят достатъчно дълго, за да се възползват от предимствата на по-добре поддържаните клетъчни машини. Също така не е изненадващо, че групи като птици и прилепи - които могат да избягат от враговете си с летене - са склонни да живеят по-дълго, отколкото бихте очаквали предвид техния размер, казва Къркууд. Същото би важило и за голи къртици плъхове, които живеят живота си в подземни дупки, където са в голяма степен защитени от хищници.

Но въпросът, на който изследователите най-спешно искат да отговорят, е вторият: Как успяват ли дългогодишните видове да забавят стареенето? Тук също очертанията на отговора започват да се очертават, когато изследователите сравняват видове, които се различават по дълголетие. Открили са, че дългогодишните видове натрупват молекулни увреждания по-бавно, отколкото тези с по-кратък живот. Голите мол плъхове например имат необичайно точна рибозома, клетъчната структура, отговорна за сглобяването на протеини. То прави само една десета толкова грешки, колкото нормалните рибозоми , според проучване, ръководено от Вера Горбунова, биолог от университета в Рочестър. И това не е само мол плъхове: В последващо проучване, сравняващо 17 вида гризачи с различна дълголетие, екипът на Горбунова установи, че по-дългоживеещите видове като цяло имат тенденция да имат по-точни рибозоми .

Протеините на голите кърлежи също са по-стабилни от тези на други бозайници, според изследване, ръководено от Rochelle Buffenstein, сравнителен геронтолог в Calico, Google spinoff, фокусиран върху изследванията на стареенето. Клетките от този вид имат по-голям брой молекули, наречени шаперони, които помагат на протеините да се сгънат правилно. Те също имат по-енергични протеазоми , структури, които изхвърлят дефектни протеини. Тези протеазоми стават още по-активни, когато са изправени пред оксидативен стрес, реактивни химикали, които могат да увредят протеините и други биомолекули; за разлика от това, протеазомите на мишките стават по-малко ефективни, като по този начин позволяват на натрупаните увредени протеини да влошат работата на клетката.

Мъдростта Албатрос

Този лайсански албатрос е на най-малко 69 години, което я прави най-старата известна птица в света. През ноември 2020 г. тя снесе яйце в гнездото си на атола Midway в Тихия океан, което предполага, че нежно остарява.(Джон Брак / Приятели на Midway Atoll NWR)

ДНК също изглежда се поддържа по-добре при по-дългогодишните бозайници. Когато екипът на Горбунова сравнява ефективността, с която 18 вида гризачи възстановяват определен вид увреждане (наречено двуверижно скъсване) в техните ДНК молекули, те откриват, че видове с по-дълъг живот, като голи къртици плъхове и бобри, са по-добри от краткотрайните видове като мишки и хамстери. Разликата до голяма степен се дължи на a по-мощна версия на ген, известен като Sirt6 , за което вече беше известно, че влияе върху продължителността на живота на мишките.

Бенджамин Франклин и американската революция

Гледане на епигенетичния часовник

Но не само самите гени страдат с напредването на възрастта на животните - така и моделът им на активиране. Важен начин, по който клетките включват и изключват гените в точното време и на място, е чрез прикрепване на химически маркери, наречени метилови групи, към сайтове, които контролират генната активност. Но тези маркери - известни също като епигенетични белези - са склонни да стават по-случайни с течение на времето, което кара генната активност да става по-малко точна. Всъщност генетикът Стив Хорват от UCLA и неговите колеги са открили, че чрез оценка на състоянието на набор от почти 800 места за метилиране, разпръснати около генома, те могат надеждно изчислява възрастта на индивида спрямо максималната продължителност на живота на неговия вид . Този епигенетичен часовник държи за всички 192 вида бозайници, които екипът на Horvath е разглеждал досега.

Забележително е, че епигенетичните белези на по-дългогодишните бозайници се разграждат по-дълго, което вероятно означава, че техните гени поддържат младежката активност по-дълго. Например при прилепите най-дълго живеещите прилепи често имат най-бавна скорост на промяна в метилирането , докато по-краткотрайните видове се променят по-бързо (виж диаграмата).

Дълголетие на прилепите

Видовете прилепи, които се справят по-добре с регулирането на активността на своите гени, също са склонни да живеят по-дълго. За 26 вида прилепи с различно дълголетие, изследователите сравняват скоростта на метилиране на ДНК - индикатор за това колко бързо се нарушава генната активност на животните - с техния коефициент на дълголетие, който показва колко дълго всеки вид живее спрямо типичен бозайник с размера на тялото си.(G.S. Wilkinson et al. / Nature Communications 2021)

Докато копае по-дълбоко, Хорват открива, че определени места за метилиране могат да предскажат продължителността на живота на даден вид, независимо от възрастта, на която той ги взема. За мен това е чудо, казва той. Да предположим, че отивате в джунглата и намирате нов вид - може да бъде нов прилеп или друг бозайник. Мога да ви кажа доста точно максималната продължителност на живота на вида. Указанията за метилиране също предсказват максимална продължителност на живота на породите кучета, която може да се превърне във важен учебен организъм за стареене (виж страничната лента: Какво знае Rover). Тези метилирания, свързани с продължителността на живота, обикновено са свързани с гени, свързани с развитието, установява Хорват, макар че по-подробни връзки тепърва трябва да бъдат разработени. Той се надява, че тази работа, която все още не е публикувана, в крайна сметка може да насочи изследователите към гени, които са ключови за регулиране на продължителността на живота и стареенето.

Подобренията в молекулярните техники вече дават на изследователите по-мощни инструменти за дразнене на начините, по които извънредно дълголетните организми могат да се различават от обикновените. Една обещаваща техника включва секвениране не на ДНК в клетките, а на информационната РНК. Отделни гени се копират в иРНК като първата стъпка в производството на протеини, така че секвенирането на иРНК разкрива кои гени в генома са активни във всеки един момент. Този профил - наричан транскриптом - дава по-динамичен поглед върху активността на клетката, отколкото просто изброяване на гените в генома.

Екипът на Гладишев например секвенира транскриптомите на клетки от черния дроб, бъбреците и мозъка на 33 вида бозайници, след което търси модели, които корелират с продължителността на живота. Те откриха много, включително разлики в нивата на активност от много гени, участващи в клетъчните функции за поддържане като възстановяване на ДНК, антиоксидантна защита и детоксикация .

Други пътища към старостта

Съвсем наскоро екипът на Teeling учи Myotis myotis прилепи от пет нощувки във Франция в продължение на осем години, улавяне на всяка прилеп всяка година и вземане на малки проби кръв за секвениране на транскриптоми. Това им позволи да проследят как се променят транскриптомите на прилепите с напредването на възрастта и да сравнят процеса с този на мишки, вълци и хора - единствените други видове, за които са налични подобни дългосрочни данни за транскриптоми. Тъй като прилепите остаряват, питаше се Тийлинг, показват ли същата дисрегулация, каквато бихме проявявали с напредването на възрастта?

Оказа се, че отговорът е отрицателен. Докато другите бозайници произвеждат все по-малко иРНК молекули, свързани с поддържащи функции като възстановяване на ДНК и стабилност на протеините, колкото по-възрастни са те, прилепите не го правят. Вместо, техните системи за поддръжка сякаш стават по-силни с напредването на възрастта , произвеждащи повече свързани с възстановяването иРНК.

Скептиците отбелязват, че все още липсват убедителни доказателства, тъй като наличието на повече иРНК молекули не означава непременно по-ефективно поддържане. Това е важна първа стъпка, но това е само това, казва Стивън Аустад, биогеронтолог от университета в Алабама, Бирмингам. И все пак фактът, че анализът идентифицира процеси, които вече са свързани с дълголетието, като възстановяване на ДНК и поддържане на протеини, предполага, че други гени, маркирани по този метод, могат да бъдат солидни предимства: След това бихме могли да разгледаме нови пътища, които не сме имали все още проучен, казва Тийлинг. По-специално, екипът откри 23 гена, които стават много по-активни с възрастта при прилепите, но по-малко активни при други бозайници. Сега те гледат на тези гени с голям интерес, с надеждата да открият нови лостове, които да променят хода на стареенето.

доказателства за раздялата на Червено море

Един от принципите, които започват да се появяват при сравнителните изследвания на стареенето, е, че различните видове могат да следват различни пътища към дълголетието. Всички дългогодишни бозайници трябва да забавят появата на рак например. Слоновете правят това, като имат множество копия на ключови гени, потискащи тумора, така че всяка клетка да има резервни копия, ако един ген се счупи по време на износването на живота. Голите молски плъхове, от друга страна, получават устойчивост на рак от необичайна молекула, участваща в залепването на клетките, докато китовете на боухед са увеличили своите пътища за възстановяване на ДНК.

Боухед кит

Китоловците се приближават до гребен кит ( Balaeana mysticetus ) в тази рисунка от книга от 1889 г. Учените изчисляват, че продължителността на живота на гребен китовете е най-малко 200 години - много по-голяма от очакваната, дори предвид техния размер. Една от причините да живеят толкова дълго е, че имат необичайно енергични процеси на възстановяване на ДНК, забавяйки натрупването на щети в техните геноми.(W.F. Kirby / Естествена история на животинското царство за използване на младите хора 1889)

Героучените са склонни да гледат на това разнообразие от решения като помощ в стремежа им, а не като проблем. Това прави работата ни по-трудна, но всъщност по-интересна, казва Аустад. Изследвайки разнообразието от начини за постигане на бавно стареене и дълъг живот, мисля, че е по-вероятно да се натъкнем на неща, които по-лесно се превеждат на хората.

Можем ли да живеем по-дълго, по-здравословно, като се научим как да приличаме повече на голи къртици, прилепи и гребен китове? Не в скоро време - но ранните резултати от изследвания върху тези животни Methuselahs категорично обещават.

Познаваем

Списание Knowable е независимо журналистическо начинание от Годишни рецензии.



^