Биогеронтология: қартаю процесі мен ұзақ өмір сүрудің ғылымы

Кіріспе

Геронтологияның кіші саласы

Биогеронтология – геронтологияның биологиялық қартаю процесіне, оның эволюциялық тегіне және осы процеске әсер етудің мүмкін болатын жолдарына қатысты кіші саласы. «Биогеронтология» терминін С. Раттан енгізген, ал 2000 жылы «Биогеронтология» журналы жарық көргеннен бастап бұл термин кеңінен қолданыла бастады. Ол биологиялық қартаюдың себептері, салдары және механизмдерін зерттейтін пәнаралық зерттеулерді қамтиды. Биогеронтолог Леонард Хейфлик адамның орташа өмір сүру ұзақтығы шамамен 92 жылды құрайды дейді, егер адамдар қартаюды емдеудің жаңа әдістерін ойлап таппаса, олар осы ұзақтықта қалады. Джеймс Воупельдің болжамы бойынша, 2000 жылдан кейін дүниеге келген балалардың өмір сүру ұзақтығы дамыған елдерде 100 жылға жетеді. Көптеген биогеронтологтар 2100 жылдан кейін туған адамдардың өмір сүру ұзақтығы үш ғасырдан асып кететінін болжады. Басқа ғалымдар, көбінесе дау тудыратын, қазіргі тіршіліктегі адамдардың шексіз өмір сүру мүмкіндігі туралы пікір білдіреді. Мысалы, Обри де Грей қартаюға қарсы шараларды әзірлеуге, мысалы, инженерлік тұрғыдан қарағанда ескірудің жоқ болу стратегиясын жасауға жеткілікті қаржы бөлінген жағдайда, «бізде 25-30 жыл ішінде технологияны дамытудың 50/50 мүмкіндігі бар, бұл технологияның кейінгі жетістіктерінің қарқыны туралы ақылға қонымды болжамдарға сүйенсек, адамдардың қартаюдан кез келген жаста өлуін тоқтатуға мүмкіндік береді» деген «шамамен мерзімді» ұсыныс жасайды. Бұл тәсілдің мақсаты – қазіргі уақытта қолданыстағы технологияны пайдаланып, қазіргі тіршіліктегі адамдардың өмір сүру ұзақтығын болашақтағы технологиялық прогресс қартаюмен байланысты қалған мәселелерді шешуге жететіндей етіп ұзаққа созу. Бұл концепция ұзақ өмір сүрудің жылдамдығы деп аталады. Биомедициналық геронтология, сондай-ақ эксперименталды геронтология және өмірді ұзарту деп те аталады, бұл биогеронтологияның адамдар мен жануарлардың қартаюын баяулатуға, алдын алуға және тіпті кері қайтаруға бағытталған кіші саласы.

Қартаюға қатысты көзқарастар

Биогеронтологтар қартаю процесін зерттеуге, қартаюмен байланысты ауруларды жеңілдету үшін немесе өмір сүру ұзақтығын арттыру мақсатында әртүрлі дәрежеде назар аударады. Жа салыстырмалы түрде жаңа ғылымдар тобы, геробиология, қартаю ауруларының алдын алуға және адамның ауыр сырқатсыз өмір сүретін "салауатты өмір кезеңін" ұзартуға бағытталған. Биогеронтологтардың пікірінше, қартаю – өзіндік ауру және оны тікелей емдеу керек, соның нәтижесінде жеке адамның өлу ықтималдығы жасынан тәуелсіз болуы тиіс (сыртқы факторлар өзгермейтін жағдайда). Бұл, ең ұзақ өмір сүру мерзімін өзгертуге болмайды немесе өзгертуге қажет емес деген көзқарасқа қарсы келеді. Биогеронтологияны гериатриямен шатастыруға болмайды, гериатрия – қартаюдағы ауруларды емдеуді зерттейтін медицина саласы, ал емес қартаюдың өзін емдеуді. Қартаюдың көптеген теориялары бар, бірақ ешқайсысы толыққанды қабылданбаған. Қартаю теорияларының кең ауқымын, ең шекті жағдайларын ескере отырып, биологиялық сағатқа сәйкес қартаюды көрсететін бағдарламаланған теориялар мен организмдегі күмулятивті зақымдану нәтижесінде болатын қартаюды түсіндіретін қателік теориялары деп жіктеуге болады.

Стохастикалық теориялар

Қартаюдың стохастикалық теориялары – уақыт өте келе организмде болатын шағын өзгерістердің және организмнің жүйені қалпына келтіре алмауынан, денеге келген зақымдарды жөндеуге шамасы келмеуінен туындайтын қартаю себептерін түсіндіретін теориялар. Уақыттың өтуімен жиналған зақымдардың нәтижесінде жасушалар мен тіндер зақымданып, органдардың қызметі төмендейді. Жиналған зақымдар туралы ұғымды алғаш рет 1882 жылы биолог доктор Август Вайсман "тозу және жырту" теориясы ретінде ұсынды.

Тозу теориясы

Қартаюдың тозу мен жыртылу теориялары 19 ғасырда-ақ енгізіле бастады.

Жинақтау

Қартаюдың жинақталу теориялары қартаюдың дене күйзелісі екенін, ол қоршаған ортадан енген немесе жасушалық метаболизм нәтижесінде пайда болатын элементтердің жинақталуынан туындайды деп санайды. Теория бойынша, егер зиянды мутациялар өмірдің кейінгі кезеңдерінде ғана көрінетін болса, яғни көбею тоқтағаннан және болашақта тірі қалу ықтималдығы азайғаннан кейін, онда бұл мутациялар білмей тұрып келесі буынға берілуі мүмкін. Мұндай жағдайда табиғи іріктеу күші әлсіз болады, сондықтан осы мутацияларды тұрақты түрде жою жеткіліксіз. Медавар уақыт өте келе бұл мутациялар генетикалық дрейф нәтижесінде жинақталады және қазір қартаю деп аталатын эволюцияға алып келеді деп болжады.

Еркін радикалдар теориясы

Еркін радикалдар – жасушалық және қоршаған орта процестерінен туындайтын реактивті молекулалар, олар жасуша мембранасы және ДНК сияқты жасуша элементтеріне зақым келтіріп, қайтымсыз бұзушылықтарға алып келуі мүмкін. Қартаюдың еркін радикалдар теориясы осы зақымдану жасушалардың биологиялық функциясын біртіндеп төмендетеді және қартаю процесіне әсер етеді деп санайды. Еркін радикалдардың зиянды заттар екенін алғаш Ребека Гершман және әріптестері 1945 жылы ұсынған, бірақ 1956 жылы Денхам Харман қартаюдың еркін радикалдар теориясын ұсынғаннан және еркін радикалдар реакциялары биологиялық жүйелердің деградациясына ықпал ететінін көрсеткеннен кейін бұл идея кеңінен танымал болды. Жасы ұлғайған сайын көптеген түрлі тотығу зақымданулары жинақталады, мысалы, оттегілік еркін радикалдардың тудырған тотығу стресі. Қартаюдың еркін радикалдар теориясы қартаюдың себебі реактивті оттегі түрлерінің (РОС) тудырған зақымдану екенін дәлелдейді. РОС – майлар, ақуыздар немесе ДНК сияқты жасушалық құраушылардың кешеніне зақым келтіре алатын кішкентай, өте реактивті, оттегі бар молекулалар; олар организмнің метаболизмі кезінде табиғи түрде шамалы мөлшерде пайда болады. Бұл жағдайлар адамдар жасы ұлғайғанда жиірек кездеседі және деменция, қатерлі ісік және жүрек аурулары сияқты қартаюмен байланысты ауруларды қамтиды. Антиоксиданттардың көмегімен жасушадағы еркін радикалдар мөлшерін азайтуға болады. Бірақ кейбір еркін радикалдар организмде сигнал молекулалары ретінде қолданылады, сондықтан еркін радикалдарды тым белсенді түрде азайту организмге зиян келтіруі мүмкін. Бұрын антиоксиданттарды қолдану арқылы қартаюды баяулату идеясы кең таралған, бірақ қазір антиоксиданттардың жоғары дозасы зиянды деп есептеледі. Қазіргі таңдағы ғалымдар жасушалардың белгілі бір бөліктерінде ғана еркін радикалдарды жергілікті түрде басудың жолдарын табуға тырысуда. Мұндай тәсілдің тиімділігі әлі анық емес, зерттеулер жалғасуда.

ДНК зақымдану теориясы

ДНҚ зақымдануы қартаюмен байланысты аурулардың басты себептерінің бірі болып табылады. Геномның тұрақтылығы жасушаның жөндеу механизмдерімен, зақымдануға төзімділікпен және ДНҚ зақымдануына қарсы күресетін бақылау жолдарымен анықталады. 1958 жылы физик Джоаккино Файла ұсынған гипотеза бойынша, ДНҚ-ға зиянның жинақталуы қартаюға алып келеді. Бұл гипотезаны физик Лео Силард көп ұзамай дамытты. Бұл теория, ДНҚ зақымдануының және мутациялардың жаңа түрлерін жаңа зерттеулер ашқандықтан жылдар бойы өзгеріп келді, сондай-ақ бірнеше қартаю теориялары ДНҚ зақымдануының, мутациялармен немесе оларсыз, қартаюға себеп болатынын көрсетеді. ДНҚ зақымдануы мутациядан ерекшеленеді, бірақ екеуі де ДНҚ-дағы қателердің түрлері. ДНҚ зақымдануы – ДНҚ-ның қалыптан тыс химиялық құрылымы, ал мутация – стандартты негіз жұптарының тізбегіндегі өзгеріс. ДНҚ зақымдануы қартаюдың басты себебі деген теория, ішінара, адамдар мен егешқұйрықтарда ДНҚ-ны жөндеу гендерінің тұқым қуалайтын кемшіліктері көбінесе қартаюды үдетінін көрсететін деректерге негізделген. Олар жеті түрлі сүтқоректілердің жасушаларының ДНҚ-ны жөндеу қабілетін өлшеді. Олар нуклеотидтерді эксцизиялық жолмен жөндеу қабілетінің түрлердің ұзақ өмір сүруімен бірге жүйелі түрде артатынын анықтады. Бұл сәйкестік өте күшті болды және келесі жылдары әртүрлі зертханаларда сүтқоректілерде нуклеотидтерді эксцизиялық жолмен жөндеу және өмір сүру ұзақтығы арасындағы қарым-қатынасты зерттейтін 11 қосымша эксперименттің сериясын ынталандырды (Бернштейн мен Бернштейн шолу жасады). Жалпы алғанда, осы зерттеулердің нәтижелері нуклеотидтерді эксцизиялық жолмен жөндеу қабілеті мен өмір сүру ұзақтығы арасындағы жақсы сәйкестікті көрсетті. ДНҚ зақымдануы қартаюдың басты себебі деген теорияға қосымша қолдау Poly ADP рибоза полимеразаларын (PARP) зерттеуден келеді. PARP – ДНҚ тізбегінің үзілуінен белсендірілетін ферменттер, және ДНҚ негізін эксцизиялық жолмен жөндеуде маңызды рөл атқарады. Бёркл және авторлар PARP-тың, әсіресе PARP 1-дің сүтқоректілердің ұзақ өмір сүруіне қатысы бар екенін көрсететін деректерді қарастырды. 13 сүтқоректілердің өмір сүру ұзақтығы мононуклеарлы жасушаларда өлшенген поли((ADP) рибозилдеу қабілетімен байланысты болды. Сонымен қатар, 100 жастан асқан адамдардың шеткі қан лимфоциттерінен алынған лимфобластоидты жасушалар, жас адамдардан алынған бақылау жасушаларына қарағанда, поли-АДФ рибозилдеу қабілетіне ие болды.

DNA damage has been one of the major causes in diseases related to aging. The stability of the genome is defined by the cells machinery of repair, damage tolerance, and checkpoint pathways that counteracts DNA damage. One hypothesis proposed by physicist Gioacchino Failla in 1958 is that damage accumulation to the DNA causes aging. The hypothesis was developed soon by physicist Leó Szilárd. This theory has changed over the years as new research has discovered new types of DNA damage and mutations, and several theories of aging argue that DNA damage with or without mutations causes aging. DNA damage is distinctly different from mutation, although both are types of error in DNA. DNA damage is an abnormal chemical structure in DNA, while a mutation is a change in the sequence of standard base pairs. The theory that DNA damage is the primary cause of aging is based, in part, on evidence in human and mouse that inherited deficiencies in DNA repair genes often cause accelerated aging. who measured the capacity of cells from seven different mammalian species to carry out DNA repair. They found that nucleotide excision repair capability increased systematically with species longevity. This correlation was striking and stimulated a series of 11 additional experiments in different laboratories over succeeding years on the relationship of nucleotide excision repair and life span in mammalian species (reviewed by Bernstein and Bernstein). In general, the findings of these studies indicated a good correlation between nucleotide excision repair capacity and life span. Further support for the theory that DNA damage is the primary cause of aging comes from study of Poly ADP ribose polymerases (PARPs). PARPs are enzymes that are activated by DNA strand breaks and play a role in DNA base excision repair. Burkle et al. reviewed evidence that PARPs, and especially PARP 1, are involved in maintaining mammalian longevity. The life span of 13 mammalian species correlated with poly(ADP ribosyl)ation capability measured in mononuclear cells. Furthermore, lymphoblastoid cell lines from peripheral blood lymphocytes of humans over age 100 had a significantly higher poly(ADP ribosyl)ation capability than control cell lines from younger individuals.

Тікелей байланысу теориясы

Кресс-байланыс теориясы қартаюдың себебі – глюкозаның ақуыздарға байланысуынан түзілген тұрақты байланыстар (көне тіндердің соңғы өнімдері) және қартаю тіндерінде жинақталатын басқа да бұрмаланған байланыстар екенін ұсынады. Ақуыздардың кресс-байланысы олардың биологиялық функцияларын жояды. Байланыстырушы тіндердің қатаюы, бүйрек аурулары және жүректің үлкейюі ақуыздардың кресс-байланысымен байланысты. ДНҚ-ның кресс-байланысы көбейтілу қателіктерін тудыруы мүмкін, бұл жасушалардың деформациясына және қатерлі ісікке шалдығу қаупінің артуына әкеледі. Эпигенетикалық сағаттың ең белгілісі – Хорват сағаты, бірақ қазір одан да дәл аналогтары пайда болды.

Жалпы теңгерімсіздік

Қартаюдың жалпы теңгерімсіздік теориялары дене жүйелерінің – эндокриндік, жүйкелік және иммундық жүйелердің – біртіндеп нашарлап, соңында тоқталып қалуын көрсетеді. Нашарлау жылдамдығы жүйеге қарай әртүрлі болады.

Иммунологиялық теория

Иммунологиялық қартаю теориясы организм өскен сайын иммундық жүйенің әлсірейтінін көрсетеді. Бұл организмнің инфекциялармен күресуге және ескірген немесе қатерлі жасушаларды жоюға қабілетін азайтады. Осының салдарынан қартаю процесі жүреді, соңында өлімге алып келеді. Бұл теорияны Рой Уолфорд 1969 жылы ұсынған. Уолфорд пікірінше, иммундық жүйедегі қателіктер қартаю процесіне себеп болады. Ол өзінің денсаулықты жақсарту жоспарының арқасында 120 жасқа дейін өмір сүре алатынын мәлімдеген. Алайда, ол 79 жасында амиотрофиялық склероз салдарынан қайтыс болды.