Dołącz do czytelników
Brak wyników

Biotechnologia

28 sierpnia 2018

NR 15 (Maj 2016)

W poszukiwaniu eliksiru młodości

0 168

Starzejemy się wszyscy, już od pierwszej chwili życia. Proces ten nie jest niczym innym jak zmniejszaniem się zdolności organizmu do odpowiedzi na stres środowiskowy, co skutkuje nieodwracalnym nagromadzeniem się uszkodzeń wewnątrzkomórkowych. Starzenie prowadzi do powstawania licznych zaburzeń w homeostazie, co zwiększa ryzyko zachorowalności. Z wiekiem zmniejsza się zatem nasza masa mięśniowa i kostna, skóra osłabia się i wiotczeje, a ostrość wzroku i słuchu pogarsza się. Od lat badacze próbują oddalić od nas widmo starości. Czy jest to możliwe?

Wszystkiemu winne wolne rodniki?

Istnieją różne teorie na temat starzenia się. Naukowcy twierdzą, że jest to nieuniknione następstwo rozmnażania płciowego, ewolucjoniści postulujący teorię doboru naturalnego traktują ten proces jako altruistyczny czyn jednostki (jeśli jeden osobnik umrze ze starości, pozostawia zasoby środowiska młodszym organizmom, których materiał genetyczny nie nagromadził jeszcze tylu mutacji co organizm żyjący dłużej). Pod lupę wzięto także telomery, których zdolność do skracania się podczas każdego podziału komórki niewątpliwie wpływa na powolne starzenie się całego organizmu. Wśród badaczy znajdują się i tacy, którzy twierdzą, że mechanizm starzenia został zaprogramowany w naszych organizmach, by chronić je przed rakiem. Śmierć komórki niewątpliwie uniemożliwia powstanie komórek rakowych czy ich nieskończone namnażanie się.

Najbardziej popularną teorią jest jednak ta, która o starość oskarża nieudolność molekularnych mechanizmów chroniących przed wolnymi rodnikami. Niektóre wolne rodniki tlenowe (ang. reactive oxygen species, ROS; reaktywne formy tlenu, RFT) są naturalnymi produktami metabolizmu, inne powstają spontanicznie. Najbardziej roz­-
powszechnionymi są anionorodnik ponadtlenkowy (O2•−) i rodnik wodoronadtlenkowy (HO2•), które powstają w trakcie tzw. wycieku elektronów z łańcucha oddechowego. Anionorodnik ponadtlenkowy powstawać może również w procesie redukcji tlenu cząsteczkowego przez kluczowe w obronie przed patogenami enzymy (np. mieloperoksydazę). 

Reaktywne formy tlenu stanowią część wielu szlaków sygnalizacyjnych, niezbędnych do funkcjonowania organizmów żywych. Jeśli jednak dojdzie do tzw. stresu oksydacyjnego, poziom RTF gwałtownie zwiększa się i prowadzi do uszkodzeń struktur wewnątrzkomórkowych. Gdzie zatem RTF są przydatne? Niezbędne okazują się m.in. w procesach krzepnięcia krwi, zaprogramowanej śmierci komórek (apoptozie), obronie przed patogenami i pasożytami czy aktywowaniu niektórych enzymów oraz białek eksportowych. 

Wolnorodnikowa teoria starzenia się zakłada, że wraz z wiekiem sprawność reakcji łańcucha oddechowego jest coraz niższa, czego konsekwencją jest wzmożona produkcja RFT, które samodzielnie aktywizują kolejne reakcje wolnorodnikowe. Ostatecznym wynikiem jest powstawanie związków chemicznych o nieznanej strukturze i właściwościach chemicznych, prowadzących do wystąpienia m.in. miażdżycy, zawału mięśnia sercowego, niewydolności oddechowej czy chorób neurologicznych. 

Wśród badaczy znajdują się i tacy, którzy twierdzą, że mechanizm starzenia został zaprogramowany w naszych organizmach, by chronić je przed rakiem. Śmierć komórki niewątpliwie uniemożliwia powstanie komórek rakowych czy ich nieskończone namnażanie się.

Lek na starość

Ostatnio coraz więcej słyszy się o poszukiwaniach eliksiru młodości. Jednym z kandydatów okazują się białka Sir (sirtuiny, rodzina deacetylaz NAD+ zależnych). Te ewolucyjnie konserwatywne enzymy odgrywają bardzo ważną rolę w procesach starzenia i regulacji długości życia – zaangażowane są m.in. w regulację transkrypcji, naprawę DNA czy utrzymywanie stabilności chromosomów. Ich występowanie stwierdzono póki co u wszystkich zbadanych do tej pory organizmów eukariotycznych i wielu prokariotycznych. Badania naukowe dowiodły, że niektóre polifenole (np. resweratrol) czy niskokaloryczna dieta aktywują sirtuiny i tym samym zwalniają proces starzenia. 
Okazuje się, że wolne rodniki i promieniowanie UV, odpowiedzialne za uszkodzenia skóry, obniżają ekspresję białek Sir. Badania laboratoryjne analizujące wpływ produktu zawierającego aktywator sirtuin na kondycję skóry wykazały, że kuracja wywoływała w jej komórkach spadek zawartości enzymów odpowiedzialnych za starzenie i spowolnienie procesu degradacji DNA. Jak się okazuje, aktywator ten nie tylko opóźnił starzenie, ale i zwiększył integralność genetyczną komórek skóry. Dłuższa kuracja utwierdziła naukowców w przekonaniu, że sirtuiny potencjalnie mogą leczyć choroby skóry i zmniejszać oznaki jej starzenia się, ale aby produkty tego typu weszły na światowy rynek kosmetyczny i farmaceutyczny, potrzeba jeszcze dalszych badań. 

Wampiry wiedzą, co dobre

Pobrana od młodej myszy krew zostaje podana starej myszy. Okazuje się, że transfuzja znacznie poprawiła u starego osobnika funkcje poznawcze, zwiększyła wydajność serca i poprawiła pamięć. Wbrew pozorom nie jest to scenariusz kiepskiego horroru. I jeśli okaże się, że tego typu transfuzje przyniosą porównywalny skutek w przypadku człowieka, firmy farmaceutyczne i kosmetyczne mogą zacierać ręce.

Pierwszy raz połączono krwioobiegi młodej i starej myszy w latach 50. XX wieku na Uniwersytecie Cornella. Przeprowadzający eksperyment Clive McCay zauważył, że po pewnym czasie chrząstki starszego osobnika wyglądały na młodsze, niż się spodziewał. Mechanizm tego zjawiska odkrył w 2005 roku Thomas Rando z Uniwersytetu Stanforda. Okazało się, że komórki krwi młodej myszy wpływają odmładzająco na komórki macierzyste wątroby i szkieletu starszej myszy. Potwierdzono tę zależność w eksperymencie odwrotnym – po podaniu młodym zwierzętom krwi starych osobników zaobserwowano przedwczesne starzenie. 

Kolejne badania wykazały, że transfuzja krwi może wspomóc regenerację mięśnia sercowego starych zwierząt. Naukowcy odkryli, że jest to możliwe dzięki obecności w osoczu niezwykłego białka – czynnika dyferencjacji wzrostu 11 (GDF 11). Jego poziom z wiekiem maleje, także u ludzi. Obecnie trwają testy, czy czynnik GDF 11 może pomóc np. pacjentom cierpiącym na chorobę Alzhaimera. 

Działanie młodej krwi być może mogłoby również okazać się pomocne w leczeniu chorób przewlekłych, np. przeciwdziałając negatywnym skutkom chemioterapii czy degeneracji tkanki mięśniowej. Najpierw jednak należy dokładnie poznać mechanizm działania poszczególnych czynników, w jakim wieku organizm produkuje ich najwięcej, który organ w ciele odpowiada za ich produkcję, czy możliwe jest ich przedawkowanie i jakie negatywne skutki może pociągnąć za sobą terapia. Warto również pamiętać o formie ich podawania chorym – znacznie łatwiej jest stymulować odpowiednie tkanki w organizmie pacjenta do produkcji tych czynników niż przeprowadzać kolejne transfuzje. Produkcja syntetycznej krwi wciąż przecież pozostaje w sferze marzeń.   

Ważne pojęcia

Homeostaza – równowaga podstawowych parametrów biologicznych (m.in. ciśnienie krwi, temperatura ciała, pH, utrzymanie stałego stężenia glukozy we krwi) w organizmie/komórce, możliwa dzięki sprawnemu działaniu układów regulujących.  

Łańcuch oddechowy (łańcuch transportu elektronów) – jeden z etapów oddychania komórkowego (proces utleniania glukozy do dwutlenku węgla). U eukariontów zachodzi w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Umieszczone w błonie przenośniki błonowe odbierają protony i elektrony od zredukowanych dinukleotydów NADH i FADH2, powodując ich utlenienie. Protony i elektrony...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy