Вечная биологическая жизнь математически невозможна, говорит новая теория старения

Привет. Еще в 2016 году, когда Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) дало зеленый свет метформину (metformin) - препарату, который, как было показано, увеличивает продолжительность жизни на 40 процентов в испытаниях на животных - для испытаний на людях это означало первую искру сдвига парадигмы в том, как мы рассматриваем старение и продолжительность жизни.

Вместо того, чтобы быть неотъемлемой частью нашей жизни, старение может быть доброкачественным "заболеванием". И как болезнь, ее потенциально можно «лечить» - отменить, остановить или даже обратить вспять - если бы у нас были правильные лекарства.

Решение FDA стало кульминацией ряда высокотехнологичных исследований на животных, которые преуспели в том, чтобы обратить вспять распад тканей у старых грызунов. Кровь молодых особей, метформина и сенолитиков - препаратов, которые уничтожают нездоровые «негерметичные» старые клетки, усилили слабые кости, сердце и мозг этих пожилых грызунов. В результате они не только стали здоровее, но многие из них прожили дольше.

Благодаря многочисленным методам лечения болезней, связанных со старением, и неизменным интересом (и финансированием) со стороны частного сектора, импульс в этой области не показывает никаких признаков затухания. 

Мы на пороге победы над старением?

Не так быстро, говорит новое исследование доктора Пола Нельсона и Джоанна Масела из Университета Аризоны.

Применяя концепцию эволюции к клеточным обитателям в наших телах, команда построила математическую модель, которая рассматривает, как клетки ведут себя по мере взросления. И новости не очень хорошие.

С возрастом популяция здоровых клеток сокращается. Некоторые постепенно теряют свои нормальные функции, перестают разделяться и входят в зомби-подобное состояние—то, что ученые называют “старением". Другие мутируют, приобретая способность бесконтрольно разделяться и распространяться и превращаясь в раковые.

Как оказалось, избавление от обоих типов проблематичных клеток невозможно. Как в игре, где резиновым молотком нужно бить по появляющимся головам, в данном случае, когда один тип клетки попадает под удар, другие пружины освобождаются и начинают сеять хаос.

«Старение математически неизбежно - похоже, серьезно неизбежно. Теоретически логически, математически нет выхода» - говорит автор исследования

Мир клетки

Наши клетки похожи на главных героев утопического романа: они рождаются в жестком обществе с назначенными ролями, и по мере того, как они стареют и теряют функцию, например, с течением времени, они включают генетическую программу, которая приказывает им совершить самоубийство для больше пользы - общего здоровья организма, который они составляют.

В некотором роде, эти клетки живут в «полицейском государстве» путем конкуренции: здоровые клетки выбивают престарелых для получения пространства и питательных веществ, это гарантирует, что общество, которое они составляют - ткани и органы, управляются здоровыми членами и функционируют надлежащим образом. 

Но иногда старые клетки сопротивляются. Изменяя экспрессию генов, они восстанавливают способность к делению и распространению. Эти раковые клетки обманывают систему: вместо того, чтобы сотрудничать для большего блага, они живут только для себя приносят вред организму, в котором они обитают.

В какой-то момент в таком многоклеточном организме, как мы - люди, будут развивать либо старческие клетки, либо раковые.

Незавершенная конккуренция

Поскольку каждая клетка питается собственным набором экспрессированных генов—генов, которые превращаются в белки,—мы можем рассматривать их как общество разных людей, действующих в условиях серьезной конкуренции.

Подобно тому, как ученые изучают то, как генетические изменения в видах приводят к их трансформации, ученые могут использовать аналогичные базовые принципы наблюдения за поведением клеток, когда они сталкиваются с изменяющейся средой, например, по мере старения.

Когда люди пытаются ответить на вопрос "Почему существует старение?", таким образом, они как бы спрашивают:« Почему у нас есть гены, которые заставляют нас стареть?». В этом вопросе подразумевается, что могут существовать гены, которые не заставляют нас стареть", и что некоторые отдельные клетки могут иметь правильную комбинацию генов, которая позволяет им быть здоровыми и бессмертными.

Современные теории старения говорят, что старение может быть остановлено, если только отбор будет достаточно сильным, чтобы устранить и нездоровые и опасные клетки, а именно, как старческие, так и раковые.

Другими словами, ученые предположили, что мы стареем, потому что давление отбора не идеально: эволюция на клеточном уровне не выполняет свою работу.

Модель старения

Команда начала с основной идеи: что клетки не могут быть как старческими, так и раковыми в течение длительного периода времени. 

"Мутации рака представляют собой изменения в чертах [которые] регулируют клеточный цикл и заставляют клетку нарушать правила и делиться, когда она не должна это делать или не совершает самоубийство, когда должна его совершить", - говорят исследователи.

Эти мутации повышают энергичность клетки, но снижают ее сотрудничество—в конце концов, раковые клетки не работают правильно.

Напротив, мутации, которые приводят к старению, в основном мешают метаболизму клетки, заставляя ее прекращать рост. Стареющие клетки теряют свою силу, но, умирая (или позволяя себя устранять через отбор), они сотрудничают до своего конца.

Чтобы увидеть, как конкуренция меняет эволюционную траекторию клетки, команда использовала общую абстрактную математическую систему, которая показывает, как клетки эволюционируют с течением времени в зависимости от их текущего состояния.

Например, при старении отходы белков накапливаются внутри клеток, что снижает их общую функциональность и здоровье. Это и другие пагубные события приводят к изменению уровня энергии и взаимодействия клеток, что, в свою очередь, влияет на здоровье и продолжительность жизни организма.

Авторы исследования считают, что критическое предположение модели состоит в том, что организм будет приходить в упадок с возрастом. Некоторые ученые предположили, что если клеточные ремонтные инструменты в организме будут достаточно сильны и, вероятно, что будет возможность поддерживать совершенно здоровый геном на неопределенно длительный срок, но сами эти механизмы ремонта со временем все равно ухудшатся.

Построение модели привело к «неудобной истине»: конкуренция между клетками - это обоюдоострый меч, но отсутствие конкуренции приводит к устойчивому распаду.

Когда клетки конкурируют за ресурсы, пожилые клетки эффективно уничтожаются и заменяются здоровыми, но при мутации, которая приводит к раку, они продолжают размножаться. Это приводит к снижению здоровья организма, поскольку сотрудничество снижается.

Если клетки не конкурируют—например, в тканях, где они полностью созрели и перестают делиться, таких, как нейроны—нездоровые клетки не могут быть заменены, а организм приходит к упадку, потому что их тела заполнены старыми, неисправными клетками.

Ученые считают, что конкуренция или ее отсутствие между клетками может помочь избавиться от рака или старения, но не от того и другого одновременно. И пока вы держите одну проблему под контролем, другая становится все хуже.

Пища для размышлений

Если вы чувствуете себя расстроенным, есть небольшое утешение.

Хотя модель говорит, что старение неизбежно, это не исключает возможности замедления его процесса.

«У нас, вероятно, есть много вредных черт, которые заставляют нас стареть и умирать преждевременно», и контроль над этими чертами может «резко» задержать процесс старения, но не бесконечно.

На самом деле, эта теория может помочь в борьбе против старения терапевтически.

Возьмите сенолитики, лекарства, которые ищут и убивают старые клетки зомби. Хотя исследования на грызунах с использованием этих препаратов не зафиксировали увеличение случаев рака, это реальный риск. 

Новая модель показывает, что «такое лечение приведет к кратковременному снижению симптомов старения, за которым следует повышенный риск развития рака, поскольку вы просто побудили кучу клеток начать размножаться», - говорят авторы.

В конце концов, мы можем получить максимальную отдачу, решив обе проблемные клеточной популяции. Старение-это динамичный процесс, в котором рак и старение клеток не могут происходить одновременно, поэтому наши усилия по решению каждой из этих проблем, вероятно, должны работать согласованно.

Подробней, фото1, фото2, фото3, фото4