Летучие мыши, киты, слоны, альбатросы, некоторые породы собак, черепахи живут достаточно долго. Могут ли ученые раскрыть секрет их долголетия?
Жизнь человека слишком короткая. Поэтому ученые стараются найти способы замедлить процесс старения. Но в основе науки о старении лежит парадокс: подавляющее большинство исследований сосредоточено на плодовых мухах, червях-нематодах и лабораторных мышах, потому что с ними легко работать. Но у них короткая продолжительность жизни. Мы узнаем о долголетии, изучая животных, которые наименее успешны в этом.
Изучение животных-долгожителей
Сегодня многие исследователи придерживается другого подхода и изучают тех существ, которые по каким-либо эволюционным причинам были наделены большой продолжительностью жизни. Исследуя гены и биохимические пути, которые обеспечивают долгую жизнь, исследователи стремятся раскрыть секреты, которые могут продлить и жизнь человека.
Каждый имеет приблизительное представление о том, что такое старение. Наша кожа обвисает, волосы седеют, суставы болят. Это признаки того, что белки и другие биомолекулы в нашем организме уже не те, что раньше.
Размер имеет значение
У одних видов старение происходит быстрее, чем у других. Более крупные животные, как правило, живут дольше, чем более мелкие. Но даже после учета размера сохраняются огромные различия в продолжительности жизни. Домашняя мышь живет всего два-три года, а голая кротовая крыса, грызун такого же размера, живет более 35 лет.
Гренландские киты огромны, но их 200-летняя продолжительность жизни вдвое больше, чем можно было бы ожидать, учитывая их размер. Люди живут в два раза дольше, чем шимпанзе, их ближайшие родственники.
Пожалуй, самые замечательные животные-долгожители — это летучие мыши. Одна особь Myotis brandtii была поймана через 41 год после ее первичного обследования. Это эквивалентно примерно 240-280 человеческим годам. У животного практически не было признаков старения. Значит, летучие мыши в чем-то особенные.
Есть два способа это понять. Во-первых, нужно узнать, каковы эволюционные причины того, что одни виды стали долгожителями, а другие — нет. Во-вторых, нужно выяснить, каковы генетические и метаболические уловки, которые позволяют им это делать.
Ответ на первый вопрос более-менее ясен. Количество энергии, которое вид должен направить на предотвращение или устранение ущерба, нанесенного жизнью, зависит от того, насколько вероятно, что индивид проживет достаточно долго, чтобы извлечь выгоду из сохранения клеток молодыми.
Это означает, что маленький суетливый грызун, такой как мышь, мало что выиграет, вложив много средств в сохранение молодости, так как он, вероятно, станет обедом хищника в течение нескольких месяцев. Этот низкий уровень инвестиций означает, что он должен стареть быстрее.
Киты и слоны менее уязвимы к хищничеству или другим случайным ударам судьбы. Вероятно, они проживут достаточно долго, чтобы наслаждаться своим долголетием. Птицы и летучие мыши, которые могут в полете избежать врагов, живут дольше, чем можно было бы ожидать, учитывая их размер. То же самое относится и к голым кротовым крысам, которые живут в подземных норах, где они в значительной степени защищены от хищников.
Как долгоживущим видам удается задерживать старение
Исследователи сравнили виды, которые отличаются продолжительностью жизни. Они обнаружили, что долгоживущие виды накапливают молекулярные повреждения медленнее, чем короткоживущие.
Голые кротовые крысы, например, имеют необычайно точную рибосому (клеточную структуру, ответственную за сборку белков). Согласно исследованию, проведенному Верой Горбуновой, биологом из Университета Рочестера, рибосома кротовых крыс делает лишь десятую часть ошибок, совершаемых нормальными рибосомами.
Белки у голых кротовых крыс также более стабильны, чем у других млекопитающих. Клетки этого вида имеют большее количество молекул, называемых шаперонами, которые помогают белкам правильно сворачиваться. У них также есть более энергичные протеасомы, структуры, которые избавляются от дефектных белков. Эти протеасомы становятся еще более активными, когда сталкиваются с реактивными химическими веществами, которые могут повредить белки и другие биомолекулы. Протеасомы мышей становятся менее эффективными, что позволяет поврежденным белкам накапливаться и ухудшать работу клетки.
ДНК также лучше сохраняется у более долгоживущих млекопитающих. Когда команда Горбуновой сравнила эффективность, с которой 18 видов грызунов восстанавливали определенный вид повреждений (называемый разрывом двух нитей) в своих молекулах ДНК, они обнаружили, что виды с большой продолжительностью жизни превосходили короткоживущие виды. Разница была в значительной степени обусловлена более мощной версией гена, известного как Sirt6, который влияет на продолжительность жизни мышей.
Наблюдение за «эпигенетическими часами»
С возрастом страдают не только сами гены, но и их паттерн активации. Важным способом включения и выключения генов клетками в нужное время и в нужном месте является прикрепление химических меток, называемых метильными группами, к участкам, которые контролируют активность генов. Но эти метки, называемые эпигенетическими, имеют тенденцию со временем становиться более случайными, что приводит к тому, что активность генов становится менее точной.
Примечательно, что эпигенетические метки более долгоживущих млекопитающих деградируют дольше, что означает, что их гены дольше сохраняют нормальную активность.
Долговечность летучих мышей
Виды летучих мышей, которые лучше справляются с регулированием активности своих генов, живут дольше. У 26 видов летучих мышей с различной продолжительностью жизни исследователи сравнили скорость метилирования ДНК (это показатель того, как быстро активность генов животных становится нарушенной) с их коэффициентом долголетия, который показывает, как долго живет каждый вид по сравнению с такими же по размеру млекопитающими, не являющимися долгожителями.
Ключи метилирования предсказывают максимальную продолжительность жизни и для пород собак, которые могут стать важным объектом исследования старения.
Усовершенствования молекулярных методов уже дают исследователям более мощные инструменты для выяснения того, чем долгоживущие организмы могут отличаться от обычных. Один из перспективных методов включает секвенирование не ДНК в клетках, а РНК-мессенджера. Отдельные гены копируются в мРНК в качестве первого шага в производстве белков, поэтому секвенирование мРНК показывает, какие гены в геноме активны в любой момент времени. Этот профиль, называемый транскриптомом, дает более динамичное представление об активности клетки, чем просто перечисление генов в геноме.
Команда Гладышева секвенировала транскриптомы клеток печени, почек и мозга 33 видов млекопитающих, а затем искала закономерности, которые коррелировали с продолжительностью жизни. Они обнаружили различия в уровнях активности многих генов, участвующих в функциях поддержания клеток, таких как восстановление ДНК, антиоксидантная защита и детоксикация.
Другие пути старения
Команда профессора Тилинга изучала летучих мышей Myotis myotis во Франции в течение восьми лет, каждый год отлавливая каждую летучую мышь и беря небольшие образцы крови для секвенирования транскриптома. Это позволило им проследить, как изменялись транскриптомы летучих мышей с возрастом, и сравнить этот процесс с аналогичным у мышей, волков и людей. Тилинг спрашивал: «Когда летучие мыши стареют, проявляют ли они ту же дисрегуляцию, что и мы с возрастом?»
Ответ был отрицательным. Скептики отмечают, что убедительных доказательств по-прежнему не хватает.
Команда Тилинга обнаружила 23 гена, которые с возрастом становятся гораздо более активными у летучих мышей, но менее активными у других млекопитающих. Сейчас они с большим интересом изучают эти гены в надежде обнаружить новые рычаги, способные изменить ход старения.
Один из принципов, который начинает появляться в результате сравнительных исследований старения, заключается в том, что разные виды могут следовать разными путями к долголетию.
Гренландский кит
Ученые подсчитали, что продолжительность жизни гренландских китов составляет примерно 200 лет (гораздо больше, чем ожидалось, учитывая их размер). Одна из причин, по которой они живут так долго, заключается в том, что у них необычайно интенсивные процессы репарации ДНК, замедляющие накопление повреждений в их геномах.
Мудрость альбатроса
Ляйсанскому альбатросу около 69 лет, что делает его самой старой известной птицей в мире. В ноябре 2020 года самка альбатроса отложила яйцо в своем гнезде на атолле Мидуэй в Тихом океане.
Можем ли мы жить дольше и здоровее, научившись больше походить на голых кротовых крыс, летучих мышей и гренландских китов? Не в ближайшее время, но первые результаты исследований этих животных показывают определенные перспективы.