Veda stojaca za mládežou bez staroby - rozhovor s Mihneou Bostinou
autor: Adrian Stanica, utorok, 16. decembra 2008, 18:16
Štúdia zverejnená koncom minulého mesiaca ohlasuje objav mechanizmu, ktorý by mohol spustiť starnutie. Je to proteín s dvojitou úlohou, ktorý po určitom veku už nemôže plniť všetky svoje funkcie a spúšťa tak proces starnutia.
Tajomstvo proteínu zodpovedného za starnutie bolo prvýkrát objavené v pivovarských kvasniciach a nedávno bol u myší objavený variant tohto proteínu - s úplne rovnakou funkciou a správaním. Vedcami, ktorí študovali túto štúdiu, sú David Sinclair a kolegovia z Harvardskej lekárskej fakulty.
Mihnea Bostina, výskumná pracovníčka na Harvardskej lekárskej fakulte, hovorila o tom, čo vieme o mechanizmoch spúšťajúcich starnutie, o objavoch a o tom, čo môže priniesť budúcnosť.
MB. O starnutí existuje niekoľko teórií. Prvým logickým vysvetlením by bolo, že na dlhšiu životnosť neexistuje evolučný tlak. Pre väčšinu zvierat je úmrtie na starobu extrémne nízke. Oveľa pravdepodobnejšie udalosti, ktoré môžu spôsobiť smrť, sú prítomnosť predátorov, epidémie alebo obdobia hladu. Neexistuje žiadny mechanizmus, ktorý by odradzoval od starnutia.
Pre každý druh existuje iba odmena súvisiaca s počtom potomkov: toľko a čo najrýchlejšie! Poďme uvažovať o mutácii, ktorá by mala negatívny vplyv až v neskorom veku: z hľadiska evolúcie je veľmi málo viditeľná, pretože telo už u tohto druhu zohralo veľkú časť svojej úlohy.
Ďalším vysvetlením by bolo, že určitý gén môže mať v tele rôzne úlohy a často môžu byť opačné. V konečnom dôsledku záleží na tom, aby telo dospelo a malo potomkov, aj keď v neskoršom veku je potrebné zaplatiť niečo.
Boli by to teórie, z ktorých pohľadu je starnutie biologickou „chybou“, vedľajším účinkom evolúcie.
V posledných desaťročiach sa však objavilo veľa údajov, ktoré naznačujú, že môže ísť o proces, ktorý sa objavil a bol vybraný, pretože ponúka určité výhody. Inými slovami, ide o formu druhovej adaptácie.
A. Starnutie ako forma adaptácie na druhy? V akom zmysle?
MB. Išlo by o formu, v ktorej stará generácia dáva priestor novej generácii. Rýchlejšia postupnosť generácií znamená vyššiu rýchlosť vývoja. Na druhej strane druh prostredníctvom starnutia a nakoniec smrti môže riadiť počet jedincov v populácii, a preto môže adekvátnejšie reagovať na zmeny v prostredí: obdobia hladu, ročné obdobie atď.
Z toho vyplýva, že veľký počet pôrodov znamená aj veľké množstvo variantov, ktoré je potrebné vyskúšať v prírodnom výbere, a zároveň populáciu, ktorej dynamika neriskuje vyčerpanie zdrojov. Myslime si, že životnosť je extrémne odlišná aj pre príbuzné druhy. Napríklad my ľudia žijeme oveľa dlhšie ako ostatní primáti!
A. Prečo ľudia žijú dlhšie?
MB. Nie je to veľmi jasné. Dalo by sa napríklad tvrdiť, že starší ľudia pomáhajú pri výchove detí. To znamená viac času pre mladých ľudí na nákup potravín, to znamená viac detí, to znamená lepšie vzdelávanie detí. Pre spoločenský druh je prítomnosť skúsených ľudí výhodou, za ktorú sa oplatí zaplatiť cenu.
A. Ako preložiť starnutie na bunkovej úrovni?
MB. Na bunkovej úrovni bolo v posledných desaťročiach objavených mnoho foriem programovanej smrti. Jedná sa o geneticky programované mechanizmy, evolučne opodstatnené a laboratórne vyšetriteľné. Líšia sa od nekrózy - procesu, pri ktorom bunky umierajú v dôsledku zápalového procesu.
Existuje veľa prípadov, kedy je užitočné pre organizmus zmiznúť určité bunky. V embryonálnom období vedie skutočnosť, že určité bunky si vyberajú apoptózu (jedna z foriem programovanej smrti), napríklad k vytvoreniu prstov. Podobne v plne vyvinutom organizme sa apoptóza spúšťa aj u buniek, ktoré sú infikované a nedajú sa opraviť. Tieto procesy sú mimoriadne dôležité pre udržanie zdravého tela.
Okrem toho existuje určitý mechanizmus, pomocou ktorého sa sleduje, koľkokrát bola bunka rozdelená. Po určitom limite sa „staré“ bunky v určitých tkanivách už nedelia. Na konci každého chromozómu je časť DNA, ktorá nekóduje žiadny proteín (telomer), ktorá je pri každom delení buniek skrátená. Tento spôsob započítania veku organizmu sa podieľa na mnohých druhoch rakoviny. A môže to byť jedna z príčin starnutia.
MB. Paradoxne, zatiaľ jediný spôsob, ako predĺžiť život, je hladovanie! V prípade kalorického obmedzenia povedzme niečo okolo 10 - 25% dennej potreby, väčšina skúmaných druhov má dlhšiu priemernú dĺžku života. Napríklad v prípade potkanov sa to môže zdvojnásobiť. Zatiaľ neexistuje žiadna teória, ktorá by tieto pozorovania vysvetľovala. Vedľajšie účinky kalorického obmedzenia sú bohužiaľ dramatické. V ideálnom prípade by sa mal rovnaký výsledok dosiahnuť podávaním chemických zlúčenín. Už existujú látky, ktoré môžu mať tento účinok.
Rovnaký David Sinclair, vedúci skupiny autorov nedávneho objavu, v roku 2003 ukázal, že resveratrol - zlúčenina nachádzajúca sa okrem iného v červenom víne - predlžuje život myší (bohužiaľ požadované denné množstvo zodpovedá asi 1 000 fliaš na víno).
Zaujímavejšie je, že u myší liečených resveratrolom kalorické obmedzenie nevedie k ďalšiemu predĺženiu životnosti. Máme teda chemickú zlúčeninu, ktorá má na jednej strane rovnaký pozitívny účinok ako kalorické obmedzenie bez negatívnych účinkov a ktorej dávku môžeme meniť v závislosti od druhu.
A. Hovorme o tomto mechanizme subcelulárneho starnutia. Čo je známe - a odkiaľ tieto informácie pochádzajú?
MB. Väčšina známych informácií o starnutí bola - a je - intenzívne študovaná v jednobunkovom organizme: Saccharomyces cerevisiae - alebo v rumunských pivovarských kvasniciach.
Takto bola objavená séria proteínov (s iniciálami SIR kódom), ktoré zasahujú do série procesov vo vnútri bunky. Jeden z nich má priame a mimoriadne dôležité spojenie so starnutím - väčšie množstvo tohto proteínu predlžuje životnosť buniek a menšie množstvo ho znižuje.
Tento proteín, ktorý sa prvýkrát našiel v kvasinkách, má náprotivok v živočíšnej ríši - a bol objavený dokonca aj u vyšších cicavcov - konkrétne u myší, ktorý sa nazýva SIRT1. Nie je možné povedať, aký je mechanizmus, ktorý vysvetľuje tento jav, ale je zaujímavé preskúmať súvislosť, ktorá existuje s kalorickým obmedzením - jediný „prirodzený“ spôsob predĺženia života v prípade laboratórnych zvierat.
A. Aká je úloha proteínu SIRT1? Publikovaný článok ukazuje, že toto je kľúč k procesu starnutia.
MB. SIRT1 sa snaží robiť niekoľko vecí súčasne - a odtiaľ pramenia problémy.
Primárne sa podieľa na zachovaní architektúry DNA v jadre. Z mnohých tisícov génov v bunke (v prípade ľudí nad 20 000) sa mnohé nepoužívajú. Niektoré sú užitočné iba v určitom období, iné sú užitočné iba v určitých tkanivách.
Každá bunka musí teda skrývať tie, ktoré sa nemusia vyjadrovať, a uchovávať užitočné na prístupných pozíciách. To sa deje pomocou série proteínov, okolo ktorých je zabalených niekoľko metrov DNA vo vnútri každej bunky - čo blokuje kopírovanie určitých génov a zároveň uľahčuje kopírovanie ostatných.
Po druhé, SIRT1 je tiež súčasťou iného „tímu“, ktorý opravuje reťazec DNA, keď je zlomený. Ak dôjde k takémuto incidentu, SIRT1 opustí svoju pozíciu v „zhluku“ DNA, čo spôsobí, že sa v bunkách stanú aktívnymi niektoré gény, ktoré nemali byť viditeľné. Tento proces naruší celú existujúcu objednávku.
A. Čo urobil David Sinclair teraz? Čo je nové v tomto článku?
MB. Proces, o ktorom sme hovorili vyššie, bol demonštrovaný pred 10 rokmi v prípade kvasiniek. Novinkou článku je ukážka, že to isté platí pre cicavce, aj keď je typ defektov, ktoré je potrebné opraviť, odlišný.
Preto je SIRT1 zapojený do udržiavania stability genómu; pri nepretržitej oprave defektov, ktoré sa vyskytujú pri kopírovaní DNA z jadra. Úprava pôvodného genetického materiálu je jednou z príčin starnutia, čím sa rozumie opotrebenie tela, pri ktorom sa zvyšuje pravdepodobnosť určitých chorôb.
S vekom sa negatívne účinky akumulujú a „obnova“ pôvodného materiálu je čoraz ťažšia. Alebo SIRT1 zasahuje práve tu; s vekom je jeho rola čoraz dôležitejšia a jeho prítomnosť sa skloňuje čoraz častejšie. Logickým riešením by v tomto prípade bolo chemicky ho doplniť. Aj keď úloha resveratrolu je presne to, čo robí.