Старение не имеет универсального механизма

31.01.20169922

Старение является одним из самых загадочных процессов в биологии. С научной точки зрения не известно, что именно представляет собой этот процесс. Не только не понятно, когда он заканчивается, но еще более таинственным является то, что сроки смерти определяются факторами, которые во многих случаях статистически случайны. В новом исследовании ученые продемонстрировали, что старение не имеет универсального механизма. Полученные результаты были опубликованы в журнале Nature.

Исследователи из лаборатории профессора системной биологии Вальтера Фонтана (Walter Fontana) из Гарвардской Медицинской Школы (Harvard Medical School, США) обнаружили закономерности в этой случайности, которые помогут разгадать биологическую основу старения организма.

Научная команда во главе с Николасом Струструпом (Nicholas Stroustrup) из компании Novartis обнаружила удивительную статистическую закономерность в том, как различные генетические и экологические факторы влияют на продолжительность жизни червя Caenorhabditis elegans. Полученные результаты показывают, что у старения нет универсальной дискретной молекулярной причины. Похоже, что старение – это системный процесс, в котором задействовано множество компонентов сложной биологической системы. Если оказать воздействие на любой из ее элементов, то это повлияет на всю систему.

Новое исследование предлагает альтернативу традиционной точке зрения, руководствуясь которой, ученые стремятся найти единый механизм, управляющий старением, например, гомеостаз белов или повреждение ДНК.

«С возрастом происходит множество важных молекулярных изменений, но, возможно, не все они вызывают старение», – говорит Струструп.

«Машина продолжительности жизни»

Чтобы изучить динамику продолжительности жизни на уровне популяции, Струструп создал «машину продолжительности жизни» – прибор, содержащий стандартные сканеры планшетного типа, купленные в магазине канцтоваров. Каждый сканер был переоборудован для ежечасного получения изображений с 16 чашек Петри, что в сумме составило 800 чашек Петри и 30 тыс. червей. Сканеры получали изображения с разрешением 3200 точек на дюйм, что является достаточно высоким значением, позволяющим выявить движения на уровне 8 мкм.

Струструп подвергал червей разнообразным воздействиям, например, изменению температуры, окислительному стрессу, изменениям в диете и генетическим воздействиям, которые изменили, в частности, сигнализацию инсулиноподобного фактора роста. Машина продолжительности жизни зафиксировала, через какое время черви погибли после воздействия каждого из факторов. Затем Струструп собрал все данные, составил кривые распределения продолжительности жизни для каждого фактора и сравнил полученные результаты.

Кривые распределения продолжительности жизни позволили получить значительно больше информации, чем измерение средней продолжительности жизни. Исследовательская команда оценила различия в кривых продолжительности жизни, зафиксированных у идентичных особей, учитывая то, сколько червей погибли в молодом возрасте, по сравнению с тем, сколько червей дожили до зрелого возраста при воздействии каждого фактора. Этот подробный анализ имеет важное значение для понимания динамики процесса старения и выявления в нем случайных событий.

С одной стороны, полученные результаты не были неожиданными: в разных условиях продолжительность жизни была разной. Повышение температуры вызвало быструю гибель червей, а еще большее ее повышение ускоряло их гибель еще больше. Анализ полученных результатов показал распределение колоколообразной формы (кривая нормального распределения), при этом в некоторых случаях кривые имели более острый пик, а в других, наоборот, более пологий и растянутый.

Несмотря на очевидные различия, исследователи обнаружили единообразие среди кривых, наблюдая за тем, что в статистике называется «временным масштабом». Так, если растянуть или сократить кривые вдоль оси X (которая в данном исследовании отражает время), то они станут статистически неразличимыми. Сжатие пологой кривой приведет к образованию кривой с острым пиком, и, наоборот.

Похоже, что различные внешние факторы одинаково повлияют на продолжительность жизни всех особей в одной популяции независимо от того, окажет ли неожиданное событие (или случайность) краткосрочное или длительное воздействие на них в будущем. Вне зависимости от того, на какой генетический процесс или фактор окружающей среды исследователи воздействовали, похоже, что все молекулярные причины смерти были затронуты одномоментно и в одинаковой степени.

«Продолжительность жизни – это качество всего организма в целом, и очень трудно изучать его молекулярные основы в реальном времени», – говорит Фонтана.

По мнению Фонтана, существует сложная физиологическая взаимозависимость в организме. Изменение только одной физиологической составляющей повлияет на остальные компоненты системы, что определит продолжительность жизни особи.

По мнению ученых, полученные ими данные повлияют на дальнейшие исследования старения как у человека, так и у червей. Теперь они планируют более детально изучить, как разнообразные статистические закономерности могут возникнуть в результате действия различных молекулярных механизмов, и попытаются определить, как именно изменение одного механизма может повлиять на все остальные.

Результаты нового исследования показали, что старение не имеет универсального механизма. Процесс старения представляет собой группу системных процессов, состоящую из множества компонентов в пределах комплексной биологической системы, что обусловливает старение организмов с течением времени. (фото: © bramgino / Fotolia)

По материалам Harvard Medical School

Оригинальная статья:
Nicholas Stroustrup, Winston E. Anthony, Zachary M. Nash, Vivek Gowda, Adam Gomez, Isaac F. López-Moyado, Javier Apfeld, Walter Fontana. The temporal scaling of Caenorhabditis elegans ageing. Nature, 2016; DOI: 10.1038/nature16550


Комментарии к статье:
31.01.2016
Абубакр Аль-Багдади: Туповатое исследование. Это и так понятно было.
12.02.2016
Надежда: Да уж, ничего нового.
Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей