Der Sieg über das Altern ist ein langjähriger menschlicher Traum. Trotz zahlreicher Studien verstehen Wissenschaftler immer noch nicht vollständig, warum mit zunehmendem Alter die Funktionen des Körpers allmählich gestört werden und die Organe versagen. "Lenta.ru" spricht über einen neuen Job, der die Unmöglichkeit der ewigen Jugend in der modernen Realität erklärt.
Eine der wichtigsten Entdeckungen in der Biologie des menschlichen Alterns wurde vor über 50 Jahren gemacht. 1961 entdeckte der Anatomieprofessor an der University of California, Leonard Hayflick, dass menschliche Zellen nach etwa 50 Teilungen absterben, und wenn sie sich diesem Punkt nähern, zeigen sie Zeichen des Alterns. Dieses Phänomen wurde mit der Verkürzung von Telomeren in Verbindung gebracht - den Enden von Chromosomen, die einen wichtigen Teil der DNA vor Schäden schützen. Wenn die Telomere vollständig verschwinden, startet die Zelle einen Selbstzerstörungsmechanismus.
Obwohl einige Anti-Aging-Aktivisten immer noch glauben, dass die Verkürzung der Telomere die Hauptursache für den langsamen Rückgang und den anschließenden Tod ist, haben Wissenschaftler andere Theorien vorgeschlagen. Zum Beispiel die allmähliche Anhäufung von Mutationen in der DNA, die evolutionäre Programmierung oder der Einfluss freier Radikale. Trotz der Tatsache, dass seit der Entdeckung der Hayflick-Grenze fast ein halbes Jahrhundert vergangen ist, gibt es immer noch kein vollständiges Verständnis dafür, was lebende Organismen genau altern lässt.
Der Gerontologe Brett Augsburger von der Auburn University in den USA hat einen neuen Ansatz entwickelt, um die Ursachen des Alterns aufzuklären. In seiner Arbeit, deren Preprint im Repository von bioRxiv.org veröffentlicht wurde, schlug er vor, dass der Schlüssel zur Lösung des Problems die Nichtgleichgewichtsthermodynamik sein könnte, die Systeme beschreibt, die sich nicht im thermodynamischen Gleichgewicht befinden. Laut dem Wissenschaftler hängt die Lebenserwartung von der Zerstörungsrate biologischer Moleküle und dem unvermeidlichen Informationsverlust ab. Es wird klar, warum ein Sieg über das Altern in naher Zukunft unmöglich ist: Grundlegende physikalische Gesetze machen die Abnutzung des Körpers unvermeidlich.
Der neue Ansatz erklärt einige der Paradoxien, die in anderen Alterungsmodellen auftreten, und zeigt auch die grundlegenden Mängel in der Theorie des Einwegwels auf, die 1977 vom englischen Biologen Thomas Kirkwood vorgeschlagen wurde.
Die Einweg-Soma-Theorie geht davon aus, dass der Körper eine bestimmte Energiemenge haben muss, um den Stoffwechsel, die Fortpflanzung, die Erholung und andere Funktionen aufrechtzuerhalten. Da die Menge an Lebensmitteln immer begrenzt ist, müssen Sie Kompromisse eingehen. Da die für die Regeneration verantwortlichen Mechanismen nicht genügend Energie erhalten, beginnt der Körper zu altern. Einige Experten glauben, dass die begrenzende Ressource Zeit und nicht Energie ist. Nach diesem Gesichtspunkt gibt es für jeden Organismus eine optimale Schwangerschaftsdauer, wenn die Nachkommen am lebensfähigsten sind. Dies begrenzt jedoch die Zeit, die Sie für Wachstum und Entwicklung verwenden können. Somit werden die Entwicklungsrate und die Tragzeit durch natürliche Selektion beeinflusst. Die Beschleunigung der Schwangerschaft begrenzt die Zeitfür die Reparatur von Zellschäden beiseite legen. Dies führt wiederum zu einer Anhäufung von Defekten und einer Verringerung der Lebenserwartung im Vergleich zu Organismen mit einer langen Tragzeit.
Chromosomen mit Telomeren
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Bild: Humangenomprogramm des US-Energieministeriums
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik geht davon aus, dass jede Form von Energie dazu neigt, in einen weniger geordneten Zustand zu gelangen - mit anderen Worten, sich im Raum aufzulösen. Jedes Nichtgleichgewichtssystem, einschließlich lebender Organismen, wandelt Energie auf diese Weise um, bis ein Gleichgewichtspunkt erreicht ist - in diesem Fall der Todeszustand. Viele Kreaturen können dem Übergang in einen Gleichgewichtszustand lange genug standhalten, um sich zu entwickeln und zu reproduzieren. Für verschiedene Arten dauert diese Zeit mehrere Stunden bis Jahrzehnte.
Hayflick-Limit, das die Teilung somatischer Zellen begrenzt
In einem lebenden Organismus, weit entfernt vom Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts, ist freie Energie in den chemischen Bindungen großer Biomoleküle konzentriert. Dies ermöglicht es, mit verschiedenen Prozessen fortzufahren, von der Entfaltung von Proteinen und DNA-Entwirrung bis hin zur Hydrolyse, Oxidation und Methylierung. Auxburger modellierte ein System, das zeigte, dass sich Biomoleküle zwangsläufig abbauen müssen, was zu einer Energiedissipation führt. Darüber hinaus tragen alle im Körper ablaufenden Prozesse zur Annäherung an einen Gleichgewichtszustand bei, einschließlich der Erzeugung elektrischer Impulse.
Der Autor der Arbeit kam zu dem Schluss, dass die Mechanismen der Wiederherstellung von Molekülen nicht garantieren, dass die in der DNA enthaltenen Informationen in einzelnen Zellen erhalten bleiben, weshalb sie zwangsläufig abnehmen müssen. Infolgedessen wird auch die Vitalität des Organismus verringert. Angesichts der Tatsache, dass Zellen durch eine Art natürliche Selektion beeinflusst werden, kann es aufgrund von Mutationen in der DNA zu einer Situation kommen, in der einzelne Zellen (die sich aufgrund von Mitose teilen) Vorteile gegenüber anderen Zellen erzielen, was für die gesamte Person nicht unbedingt von Vorteil ist. Das Entfernen kann die negativen Auswirkungen verzögern, aber im Laufe der Zeit werden immer mehr Zellen defekt. Wenn der Körper also lange genug lebt, wird er nicht nur unweigerlich alt, sondern früher oder später von Krebs befallen.
Nackte Maulwurfsratten haben wie viele Tiere Krebs.
Foto: Roman Klementschitz / Wikipedia
Bestimmte Tierarten wie die nackte Maulwurfsratte (Heterocephalus glaber) gelten als krebsfrei. Diese Meinung ist jedoch falsch, da es einige Zeit dauert, bis ein bösartiger Tumor auftritt. Kürzlich wurde ein Artikel veröffentlicht, in dem Wissenschaftler den ersten Krebsfall bei H.glaber beschrieben haben.
Die Suche nach Langlebigkeitsgenen ist insofern nutzlos, als die Bearbeitung mit gentechnischen Methoden das Leben so komplexer Organismen wie des Menschen nicht wesentlich verlängert. Darüber hinaus können solche Manipulationen schädlich sein, weshalb der Autor rät, sich von einem Ansatz zu entfernen, der sich darauf konzentriert, Verbindungen zwischen Genen und bestimmten Zeichen des Alterns herzustellen. Im besten Fall stellen Gene eine unvollständige Reihe von Faktoren für die Langlebigkeit dar.
Was könnte der Weg sein, um das Altern zu besiegen? Sehr komplex und jenseits der Möglichkeiten der modernen Biotechnologie. Da Alterungsprozesse eine Folge grundlegender Gesetze sind, ist es immer noch unrealistisch, die Ursachen des Alterns zu beseitigen. Ein effektiver Ansatz kann in diesem Fall die Erstellung von DNA-Bibliotheken sein, in denen Informationen über intakte Gene gespeichert werden. Auf ihrer Basis können junge Stammzellen zur Transplantation in einen alten Organismus synthetisiert werden. Laut Auxburger sind solche Methoden effektiver als bestehende.
Alexander Enikeev
