Системные и сетевые механизмы старения

На первых этапах исследования старения, многочисленные теории рассматривались как конкурирующие в пояснении эффекта старения. Тем не менее, сегодня считается, что многие механизмы повреждения клеток действуют параллельно, и клетки также должны тратить ресурсы на борьбу со многими механизмами. Для исследования взаимодействия между всеми механизмами борьбы с повреждениями был предложен системный подход к старению, который пытается одновременно принять во внимание большое количество таких механизмов. Более того, этот подход может чётко разделить механизмы, которые действуют на разных стадиях жизни организма. Например, постепенное накопление мутаций в митохондриальной ДНК часто приводит к накоплению активных форм кислорода и снижению производства энергии, что в свою очередь приводит к увеличению скорости повреждения ДНК и белков клеток.

Другой аспект, который делает системный подход привлекательным, это понимание разницы межу разными типами клеток и тканей организма. Например, клетки, которые активно делятся, с большей вероятностью пострадают от накопления мутаций и утраты теломер, чем дифференцированные клетки. В тоже время необходимо уточнить, что данный тезис не относится к быстро и многократно делящимся трансформированным и опухолевым клеткам, которые не утрачивают теломеры и не накапливают мутации. Дифференцированные клетки с большей вероятностью пострадают от повреждения белков, чем клетки, которые быстро делятся и "разбавляют" повреждённые белки вновь синтезированными. Даже если клетка теряет способность к пролиферации за счёт процессов старения, баланс механизмов повреждения в ней сдвигается.

Молекулярные механизмы

Существуют свидетельства нескольких важнейших механизмов повреждения макромолекул, которые обычно действуют параллельно один другому или зависят один от другого. Вероятно, любой из этих механизмов может играть доминирующую роль при определённых обстоятельствах.

Во многих из этих процессов важную роль играют (в частности свободные радикалы), набор свидетельств о их влиянии был получен достаточно давно и сейчас известен под названием «свободно-радикальная теория старения». Сегодня, тем не менее, механизмы старения намного более детализированы.

Молекулярные механизмы старения

Ухудшение функционирования в результате трансформации молекул внутри клеток это старение на молекулярном уровне.

Одним из основных факторов, вызывающих молекулярные повреждения в живых клетках являются свободные радикалы>>>

Другой существенной причиной такого старения является возникновение сшивок молекул в клетках. Под воздействием глюкозы белковые молекулы сцепляются или склеиваются друг с другом (перекрёстное связывание) и теряют способность к выполнению своих функций. Было доказано что происходит увеличение таких связей с возрастом.

Негативный эффект при этом происходит не только от модификации белков, но и от происходящих вследствие этого повреждений свободными радикалами, а также из–за прямого повреждения ДНК, что приводит к мутациям которые также накапливаются. В настоящее время изучают подходы к предупреждению влияния гликозилирования на белки, с помощью фармакологических средств (группа антидиабетические бигуаниды). Меры против сшивок или сцепления молекул: низкокалорийное питание, ведущее к снижению сахара в крови; использование сахарозаменителей.

Большинство молекул, находящихся в водных растворах, со временем изменяются – в основном в результате взаимодействия с другими молекулами и атомами (тепловое движение, химические реакции, альфа-радиация) и под действием электромагнитных излучений (ультрафиолет, гамма-радиация). Молекулы могут распадаться на атомы, превращаться в другие молекулы, претерпевать структурные изменения. Последнее подразумевает, что в функциональном отношении молекула остается той же самой, при этом, однако, эффективность выполнения функции может меняться.

Это, в свою очередь, ведет к постепенному разрушению структуры и ухудшению функционирования клетки: нарушается целостность и проницаемость мембран, падает ферментативная активность, клетка засоряется продуктами обмена, нарушается синтез белков и регуляция клеточных процессов. Причем эти процессы характеризуются положительной обратной связью – неправильное или ухудшенное функционирование молекул приводит к увеличению потока повреждающих воздействий.

Вопрос 12

Проблемы долголетия

Очень скоро люди могут реально приблизиться к обретению бессмертия. Процесс старения может остаться в прошлом. Если мы справимся с проблемой старения, исчезнут все связанные с ним и убивающие нас болезни. Это приведет человека к возможности жить вечно. Как это ни удивительно, генно-инженерные лекарства, способные повернуть вспять процесс старения, будут доступны в ближайшем будущем. Станет возможно не только остановить его, но и запустить биологические часы в обратном направлении. В 70 лет мы сможем выглядеть на 50, то есть чувствовать себя лучше, чем в 60. Если процесс омоложения продолжится еще 10 лет, в 80 мы будем выглядеть и ощущать себя на 40. Подобные обратные процессы возможны благодаря тому, что ученые уже изучили механизм старения и доказали способность генно-инженерных лекарств излечивать болезни. Та же технология будет применяться и для прекращения старения.

Наука говорит нам, что мы стареем из-за проблем с отдельными клетками нашего тела. Целое в этом случае равно сумме его частей. В течение всей нашей жизни одни клетки постоянно заменяются другими. Но клетки, рожденные в более позднем возрасте, накапливают в себе все больше дефектов, мутаций и так называемых орфографических ошибок ДНК, в отличие от тех, что появляются в юные годы. Чем старше мы становимся, тем больше у нас клеток с ошибками и тем меньше клеток, свободных от них. Наши тела уже не выглядят по-прежнему и функционируют все хуже и хуже. Почему же клетки совершают эти "орфографические ошибки"? Возможно, в этом виновато разрушающее воздействие свободных клеточных радикалов. Свободные радикалы - фрагменты молекул, образующиеся в ходе нормального клеточного метаболизма, действующие непредсказуемо и приносящие большой вред. Радиация, токсины, канцерогены, стрессы и другие факторы могут увеличивать количество свободных радикалов. К тому же энзимы - нечто вроде набора инструментов для исправления "орфографических ошибок" - не производятся в достаточном объеме новыми клетками, формирующимися у нас в старости.

Основываясь на этой идее, ученые работают над изобретением способов поддержки и продления жизни системы починки ДНК. Это означает как исправление ошибок, появляющихся в воспроизводимой ДНК при рождении новой клетки, так и исправление поврежденных свободными радикалами участков этой молекулы. Процесс, обратный процессу старения, появится тогда, когда ошибочные, поврежденные "старые" клетки начнут заменяться "новыми", свободными от ошибок и дефектов, и так до тех пор, пока все тело не будет содержать в себе только молодые клетки.

И хотя сейчас это кажется всего лишь мечтой, перед нами не научно-фантастическая идея. В лабораториях, существующих во всем мире, эта теория постепенно превращается в реальность. В Центре молекулярной науки при медицинском отделении Техасского университета в Гальвестоне доктор Сэмюэль Уилсон проводит эксперименты, вслед за которыми начнутся опыты: сначала на животных, потом на человеке. В конечном итоге будет создано лекарство, благодаря которому люди будут превращать старость в молодость.

Вопрос 15: