X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В современном мире существуют несколько наиболее поддерживаемых концепций старения биологических организмов. Ученые в течение продолжительного периода времени пытались выяснить, по какой причине многие функции организма начинают деградировать, а вскоре – и вовсе отказывать работать, однако очень долго это не представлялось возможным, так как уровень НТП не предоставлял возможности для грамотного исследования этого таинственного процесса. Нынешняя биология уделяет механизму старения пристальное внимание, поэтому с каждым годом на свет появляются все новые факты, которые позволяют более глубоко понять особенности этого явления.

Перейдем к рассмотрению теорий.

Молекулярно-генетические теории

Гипотеза, согласно которой причиной старения являются изменения генетического аппарата клетки, является одной из наиболее авторитетных концепций в современной геронтологии. Молекулярно-генетические теории подразделяются на две обширные группы. Одни ученые придерживаются того, что возрастные изменения генома наследственно запрограммированы. Другие, в свою очередь, считают, что старение – результат накопления случайных мутаций. Таким образом, процесс старения, по мнению ученых, может являться как закономерным результатом развития организма, так и следствием накопления клетками случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

Теория свободных радикалов

Данная концепция, выдвинутая учёными Д. Харманом(1956) и Н. Эмануэлем (1958), объясняет не только механизм старения, но и широкий спектр связанных с ним патологических явлений (ослабления иммунитета, нарушений функции мозга, сердечно-сосудистых заболеваний, рака, катаракты, и других). Согласно этой концепции, причиной нарушения функционирования клеток являются необходимые для многих биохимических процессов свободные радикалы – активные формы кислорода, синтезируемые в митохондриях – так называемых энергетических фабриках клеток. Если крайне агрессивный, химически активный свободный радикал случайно покидает то место, где его участие необходимо, он может повредить и РНК, и ДНК, и липиды, и протеины. Однако природа создала механизм защиты от избытка свободных радикалов: супероксиддисмутаза (фермент антиоксидантной защиты) и некоторые другие синтезируемые в митохондриях и клетках ферменты, многие вещества, которые попадают нам в организм с продуктами питания – в том числе витамины Е, А и С, обладают колоссальным антиоксидантным действием. Регулярное поглощение свежих фруктов и овощей, небольшое количество качественного зеленого чая или цикория в день обеспечат вам необходимую дозу полифенолов, которые являются хорошими антиоксидантами.

Однако, к сожалению, у данной медали существует обратная сторона: избыток антиоксидантов – например, при передозировке БАД – может нанести вред организму, усилив окислительные процессы в клетках живого организма.

Старение – систематическая ошибка. Данная гипотеза была выдвинута в 1954 г. американским физиком М. Сциллардом. Во время исследования эффектов воздействия радиации на живые системы он выяснил, что действие ионизирующего излучения сокращает срок жизни животных и человека. Под воздействием радиации происходят многочисленные мутации в молекуле ДНК и проявляются некоторые симптомы старения – седина или раковые опухоли. Из собственных наблюдений ученый сделал вывод, что мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов. Однако он не объяснил факта старения людей и животных, которые не подвергались облучению. Его последователь Л. Оргель считал, что мутации в генетическом аппарате клетки могут быть либо спонтанными, либо могут возникать в ответ на воздействие опасных факторов: ультрафиолета, воздействия вирусов и токсических веществ, ионизирующей радиации. В процессе жизнедеятельности организма система репарации (особая функция клетки, которая заключается в способности исправлять химические повреждения) ДНК изнашивается, что приводит к старению организма.

Теория соматических мутаций

Многие труды ученых показали, что с возрастом число соматических мутаций и других форм повреждения ДНК возрастает. Однако они выяснили, что в клетке присутствует защитный механизм – репарация (ремонт) ДНК. Именно он играет колоссальную роль в поддержке долголетия клеток. Повреждения ДНК типичны для клеток, они вызываются жесткой радиацией и активными формами кислорода, потому целостность ДНК может поддерживаться только за счёт механизмов репарации. Действительно, существует зависимость между долголетием и репарацией ДНК, как это было продемонстрировано на примере фермента поли-АДФ-рибоза-полимеразы-1 (PARP-1), играющего немаловажную роль в клеточном ответе на вызванное стрессом повреждение ДНК. Более высокие уровни PARP-1 ассоциируются с большей продолжительностью жизни.

Теория апоптоза

Академик В. П. Скулачев называл свою концепцию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз – это процесс запрограммированной гибели клетки. Как деревья избавляются от рудиментов, чтобы сохранить целое, так и каждая отдельно взятая клетка, пройдя жизненный цикл, должна отмереть, освободив место для новой. Если в клетке произойдет мутация, которая будет способствовать злокачественному развитию, или если она попадет под влияние вируса, или банально истечет срок ее существования, то, чтобы не подвергать опасности весь организм, она умирает. В отличие от некроза – насильственной гибели клеток из-за травмы, ожога, отравления, недостатка кислорода в результате закупоривания кровеносных сосудов и т.д., при апоптозе клетка аккуратно разлагается на составляющие, и соседние клетки используют ее части в качестве строительного материала. Самоликвидации подвергаются и митохондрии. Подробно изучив данный процесс, В. П. Скулачев назвал его митоптозом. Митоптоз происходит, если в митохондриях свободные радикалы образуются сверх меры. Когда количество погибших митохондрий слишком предельно, продукты их распада отравляют клетку и приводят к ее апоптозу. Старение, как считает академик, – результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем появляются, а отмирающие клетки, в свою очередь, заменяются соединительной тканью. Суть его работы – поиск методов противодействия разрушению клеточных структур свободными радикалами. По мнению Скулачева, старость – это болезнь, которую можно и необходимо лечить, так как механизм старения можно «сломать» и тем самым предотвратить сокращение жизни организма. Как утверждает ученый, главная из активных форм кислорода, приводящих к гибели митохондрий и клеток – перекись водорода. В настоящее время под его руководством проходит испытания препарат SKQ, предназначенный для предотвращения признаков старения.

Теория бактериальной интоксикации организма

Немаловажную гипотезу выдвинул авторитетный русский биолог И.И. Мечников (1845–1916). Он считал, что старение – это результат интоксикации организма продуктами обмена бактерий, которые обитают в кишечном тракте, и продуктами азотистого обмена веществ самого организма. Образуются ядовитые вещества, в числе которых индол, фенол (карболовая кислота), крезол, кадаверин (трупный яд), тирамин и другие токсины.

Теломерная теория Оловникова

В большом числе клеток живого организма потеря способности их к делению вследствие определённого количества делений связана с утратой теломер на концах хромосом. Это происходит из-за отсутствия фермента теломеразы, который обычно экспрессируется только у зародышевых и стволовых клеток. Недавно было обнаружено, что окислительный стресс также может иметь влияние на утрату теломер, значительно ускоряя этот процесс в определённых тканях.

Во многих точках мира проводятся различные эксперименты и исследования, в числе которых:

1. Манипулирование с генами

Роберт Шмуклер Рис, профессор университета Арканзаса, выключил в геноме нематоды C.elegans один ген – Age-1. Таким образом, ему удалось увеличить жизнь червя в 10 раз! Нематода довольно простой организм, поэтому ожидать такого впечатляющего результата на иных объектах не приходится. Российский исследователь Алексей Москалев таким способом продлил жизнь мухе дрозофиле всего на 10 %.

2. Надстройка теломер

Преодолеть старение органов и тканей у мышей путем надстройки теломер в стволовых клетках удалось ученым из медицинского факультета Гарварда. Заметим, они работали не с обычными мышами, а с мутантами, которые ускоренно старели. Фермент теломераза, который надстраивает теломеры до нормальной длины, у этих мышей не работал даже в стволовых клетках, там, где он должен обеспечивать длительное деление. А у самих мышей в молодом возрасте появлялись признаки старения: деградировали семенники, селезенка, мозг, нарушалось обоняние. Дегенерацию удалось повернуть вспять, когда ученые биохимически восстановили в клетках активность теломеразы. Это привело к удлинению теломер и возобновлению клеточных делений. У мышей при этом стали восстанавливаться ткани семенников, селезенки и мозга, и они снова стали ощущать запахи.

Таким образом, в настоящее время выделить основную теорию старения живых организмов довольно трудно, поскольку все они существуют в комплексе, дополняя друг друга. Современный век дает возможность миру каждый день делать удивительные открытия, так как уровень научно-технического прогресса все быстрее и быстрее постигает новые высоты, а ученые получают все более углубленные знания. Решение проблем с механизмом старения – одна из основных целей современной науки, однако, несмотря на передовые технологии, ученому миру необходимо проделать немалый путь и приложить огромное количество усилий, чтобы найти безусловно эффективные методы прекращения старения организма.

Но все же существуют некоторые принципы, с помощью которых каждый человек улучшит свое здоровье, что приведет к увеличению цикла жизни организма. Перейдем к рассмотрению данных методов.

Владимир Хавинсон, президент Европейской ассоциации геронтологии и гериатрии, член-корреспондент РАН сказал: «На последнем конгрессе по геронтологии и гериатрии, который проходил в Сеуле, в прошлом году, было показано, что метод №1 увеличения длительности жизни и повышения её качества – это ограничение калорийности питания». Владимир Хавинсон также утверждал: «Изменился характер нашей работы, мы живем в теплых помещениях, ходим в теплой одежде. Нам не нужно столько жирной пищи».

Метод № 1

Все долгожители мира, как правило, употребляют малое количество пищи. Ученые подсчитали, что уменьшение калорийности пищи на 20–30 процентов снижает вероятность заболеть диабетом на 50 процентов, а раком – на 70 процентов. Дело в том, что сейчас мы, как правило, едим гораздо больше, чем требуется нашему организму, эволюционно формировавшемуся в условиях обилия физических нагрузок и хронической нехватки пищи.

Метод № 2

Если вы не в силах сократить калорийность ежедневного рациона, необходимо употреблять меньше соли и сахара. Исследования показали, что избыток соли вызывает гипертонию, а впоследствии – ранний инсульт. Сахар же, в свою очередь, тоже вызывает проблемы – от его чрезмерного потребления ухудшается работа головного мозга, сердца, а самое главное – чрезмерное потребление негативно сказывается на поджелудочной железе, провоцируя диабет, ожирение и раннюю смерть.

Метод № 3

Анализируя истории болезней и дневников сотен тысяч людей, учёные выяснили, что живут существенно дольше те, у кого в рационе содержатся фрукты и овощи. В них содержится несметное количество безусловно полезных витаминов и минералов, а также антиоксидантов, которые борются в организме с активными, повреждающими клетки формами кислорода. По словам ученых, лучше есть разные овощи, фрукты и ягоды, необходимо вносить разнообразие в рацион.

Метод № 4

Немаловажный пункт – это сон в полной темноте. Как выяснилось, искусственный свет, который испускается различными лампами, в вечерний период нарушает выработку в мозгу гормона мелатонина. Он крайне необходим для поддержания иммунитета. Именно благодаря ему организм обновляется и очищается ночью. Сбои в данном процессе приводят к негативным последствиям, которые неблагоприятно сказываются на организме в целом.

Метод № 5

Антиоксиданты содержатся в зеленом чае, виноградных косточках, красном вине других продуктах. Однако некоторый круг ученых, в числе которых Владимир Скулачев, утверждают, что эффективность природных антиоксидантов неоднозначна, так как они не узкоспециализированы. Скулачев изобрел антиоксиданты, которые получили название «ионы Скулачева». Это положительно заряженные ионы, свойства которых позволяют им проникать внутрь митохондрий, где они и ликвидируют активные формы кислорода.

Ионы Скулачева многократно испытывались на животных. Однако существенно продлить жизнь подопытным пока не удалось – всего лишь на несколько десятков процентов, зато удалось отсрочить процесс их старения. «Животные остаются активными почти до смерти, не проявляя типичных признаков старения, – утверждает Владимир Скулачев. – Мы смогли бороться именно с возрастными изменениями, а не со смертностью в очень преклонном возрасте».

Метод № 6

Увеличение физической активности. Подопытные мыши, которых заставляли бегать на беговой̆ дорожке и в колесе, дольше сохраняли молодость и здоровье, чем малоподвижные особи. Ученые считают, что физическая активность увеличивает количество и качество митохондрий. Исследователи из университета Макмастера (Канада), к примеру, работали с мышами, которые склонны к преждевременному старению из-за высокого уровня мутаций в ДНК митохондрий. Одна группа мышей жила в обычных условиях, другая три раза в неделю занималась интенсивным физическим трудом. Через три месяца наблюдений выяснилось, что мыши-спортсмены сохранили молодость и здоровье, сравнимое с показателями диких животных. Их митохондрии оставались функционально полноценными. Чего не скажешь об особях, которые не занимались физической активностью.

Список использованных источников

1. Мелихова Л.В., Чентиева Л.А., Лущик М.В. Основные теории старения // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 4-2. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16084.

2. Материалы телевизионной программы «Чудо техники» с Сергеем Малозёмовым.

Код для цитирования: Скопировать