Генетики доказали существование "программы старения"

Эксперименты на червях-нематодах помогли российским и американским молекулярным биологам и математикам доказать, что процессом старения управляет некая генетическая программа. В ее работу можно будет вмешаться при помощи лекарств, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Мы сделали сразу несколько практически значимых открытий. Во-первых, мы обнаружили, что старение червей отчасти запрограммировано и эта программа поддается коррекции с помощью лекарств. Возможно, что это верно и для человека. Во-вторых, мы предложили новый способ поиска веществ, продлевающих жизнь, позволяющий прицельно искать их", — заявил Андрей Тархов, научный сотрудник стартапа Gero и аспирант "Сколтеха".

В последние годы среди ученых заново возродился спор о том, чем является процесс старения и смерти людей и животных. Некоторые биологи и эволюционисты считают, что этот процесс носит неслучайный характер, и что его контролирует своеобразная "программа смерти". Так они называют особый набор генов, заставляющий тело дряхлеть и умирать, уступая место новому поколению себе подобных.

Другие ученые полагают, что старение является абсолютно случайным процессом накопления мутаций и случайных поломок в клетках, который приводит к накоплению в организме так называемых "престарелых" клеток. Они прекращают участие в жизнедеятельности организма из-за появления мутаций в их ДНК или достижения пределов деления. Недавние опыты показали, что их удаление из тела червей заметно продлило им жизнь и улучшило жизнедеятельность.

Существование голых землекопов и других "бессмертных" животных, как отмечает Петр Федичев, основатель компании Gero и руководитель лаборатории в МФТИ, несколько лет назад заставило его команду предполагать, что программа старения все же должна существовать, и что ее можно остановить, используя определенные лекарства или поменяв работу генов.

Для ее поиска они отобрали шесть десятков различных разновидностей червей-нематод, часть из которых жила необычно долго, в десятки раз выше нормы, а другие – относительно нормальные сроки или же необычно мало. Биологи пытались раскрыть причины развития этих различий, сопоставляя то, как менялась активность их генов на разных фазах жизни и анализируя характерные для них наборы мутаций.

Ученых изначально интересовал ответ на один простой вопрос – почему мутации в некоторых генах, которые нематоды приобретали еще до их вылупления на свет, заметно продлевали им жизнь, а их блокировка при помощи РНК во взрослые годы жизни не приносила такого же эффекта.

Это заставило российских генетиков и математиков, а также их коллег из Медицинского университета Арканзаса в Литтл-Рок (США), подозревать, что подобные небольшие изменения вызывали масштабные перестройки в работе всей "программы старения", повторить которые было затруднительно или вообще невозможно.

"Больше всего мы беспокоились, что процессы старения у червя, живущего в десять раз дольше, происходят совершенно иначе, чем у его нормально стареющего собрата. Это означало бы, что радикальное продление жизни потребует серьезных вмешательств в организм, а изучение животных, стареющих с обычной скоростью, не скажет нам ничего о путях создания по-настоящему эффективной терапии против старения", — объясняет Федичев.

Для проверки этих опасений Федичев и его коллеги объединили результаты своих собственных замеров и опытов других научных групп в масштабную базу данных, отражавшую то, как менялась работа всех генов нематод по мере их старения. Ее содержимое они проанализировали при помощи системы машинного обучения, способной выделять даже самые неочевидные сходства.

Она показала, что процесс старения действительно напоминал некую программу – активность генов у всех червей-долгожителей поменялась в "одну сторону". Иными словами, она изменилась схожим, а не случайным образом. Что самое важное, замедление того, как менялся характер работы генов, напрямую отражал то, как долго смогли прожить беспозвоночные подопечные ученых.

Подобное открытие заставило Федичева и его команду предположить, аналогичного эффекта можно достичь с помощью препаратов, не прибегая к вмешательствам на генетическом уровне. Они попытались найти подобные вещества, используя базу данных CMAP, содержащую исчерпывающую информацию по тому, как те или иные лекарства и прочие вещества действуют на разные гены человека.

Она помогла им найти четыре ранее неизвестных препарата, которые должны были "замедлять" программу старения примерно таким же образом, как и мутации в генах долголетия. Их проверка на нормальных червях показала, что все они в той или иной степени замедляют старение нематод. К примеру, самый сильный препарат, обычный анальгин, продлил им жизнь на треть.

"Ни одно из этих лекарств раньше не изучалось в контексте старения. Это на редкость убедительное доказательство эволюционной консервативности профиля активности генов, участвующих в процессе одряхления организма: он сохраняется от нематод до человека и, вероятно, крайне схож у всех животных", — подытожил Роберт Шмуклер Райс (Robert Shmookler Reis), биолог из Медицинского университета Арканзаса.