Durata de viaţă a omului este legată de îmbătrânirea celulelor. În urmă cu trei ani, un grup de cercetători de la University of California din San Diego, Statele Unite, a descifrat mecanismele esenţiale din spatele procesului de îmbătrânire. După ce au identificat două direcţii distincte pe care celulele le urmează în timpul îmbătrânirii, acum cercetătorii au manipulat genetic aceste procese pentru a prelungi durata de viaţă a celulelor.
Cercetătorii au extins acum această cercetare folosind biologia sintetică pentru a crea o soluţie care împiedică celulele să atingă nivelurile normale de deteriorare asociate cu îmbătrânirea, potrivit unui studiu apărut vineri, în revista Science.
Celulele plantelor, animalelor şi oamenilor, conţin toate circuite de reglare a genelor care sunt responsabile pentru multe funcţii fiziologice, inclusiv pentru îmbătrânire.
„Aceste circuite genetice pot funcţiona precum circuitele care controlează dispozitive precum aparatele electrocasnice şi automobilele", explică profesorul Nan Hao de la departamentul de biologie moleculară al facultăţii de ştiinţe biologice, autorul principal al studiului şi director al Institutului de biologie sintetică al UC San Diego.
Grupul de cercetători a descoperit că, sub controlul unui circuit central de reglare a genelor, celulele nu îmbătrânesc neapărat în acelaşi mod.
Imaginaţi-vă o maşină care îmbătrâneşte fie pe măsură ce motorul se deteriorează, fie pe măsură ce transmisia se uzează, dar nu ambele în acelaşi timp.
Ritmul biologic al omului este condiţionat de un set unic de gene.
Oscilatorul circadian sau ceasul biologic interior este un generator de bioritmuri. Acest oscilator este reprezentat de un complex de proteine ale genelor ceasului circadian, care la rândul lor, pornesc şi menţin ritmicitatea zilnică a numeroase funcţii în organismul uman.
Echipa de la UC San Diego a imaginat un „proces inteligent de îmbătrânire" care extinde longevitatea celulară prin ciclul de deteriorare de la un mecanism de îmbătrânire la altul.
În noul studiu, cercetătorii au recablat genetic circuitul care controlează îmbătrânirea celulară.
De la rolul său normal, care funcţionează ca un comutator, ei au proiectat o buclă de feedback negativ pentru a bloca procesul de îmbătrânire.
Circuitul recablat funcţionează ca un dispozitiv asemănător unui ceas, numit oscilator genetic, care determină celula să treacă periodic de la o stare „îmbătrânită" dăunătoare la alta, evitând să se angajeze în mod prelungit în oricare dintre ele şi încetinind astfel degenerarea celulei.
Aceste progrese au dus la o creştere considerabilă a duratei de viaţă celulară, stabilind un nou record pentru prelungirea vieţii prin intervenţii genetice şi chimice.
Cercetătorii din acest studiu au folosit mai întâi simulări pe calculator ale modului în care funcţionează circuitul de bază al procesului de îmbătrânire.
Asta i-a ajutat să proiecteze şi să testeze ideile înainte de a construi sau de a modifica circuitul în celulă. Această abordare prezintă avantaje în ceea ce priveşte economisirea de timp şi resurse pentru identificarea unor strategii eficiente de prelungire a vieţii, în comparaţie cu strategiile genetice mai tradiţionale.
„Este pentru prima dată când au fost folosite principii de biologie sintetică şi inginerie ghidate de calculator cu scopul de a reproiecta în mod raţional circuitele genetice şi a reprograma procesul de îmbătrânire pentru a promova în mod eficient longevitatea", a declarat profesorul Hao.
În urmă cu mai mulţi ani, echipa de cercetare multidisciplinară de la UC San Diego a început să studieze mecanismele din spatele îmbătrânirii celulelor, un proces biologic complex care stă la baza longevităţii umane şi a multor boli.
Aceştia au descoperit că celulele urmează o cascadă de modificări moleculare pe parcursul întregii lor durate de viaţă până când, în cele din urmă, degenerează şi mor.
Cercetătorii au observat că celulele cu acelaşi material genetic şi din acelaşi mediu pot parcurge rute de îmbătrânire distincte.
Aproximativ jumătate dintre celule îmbătrânesc printr-o scădere treptată a stabilităţii ADN-ului, unde sunt stocate informaţiile genetice.
Cealaltă jumătate îmbătrâneşte pe o cale legată de declinul mitocondriilor, unităţile de producere a energiei din celule.
Noua realizare a biologiei sintetice are potenţialul de a reconfigura abordările ştiinţifice privind întârzierea îmbătrânirii.
Faţă de numeroasele încercări chimice şi genetice de a forţa celulele să intre în stări artificiale de „tinereţe", noua cercetare oferă dovezi că încetinirea ceasului îmbătrânirii este posibilă prin prevenirea activă a celulelor de a se angaja pe o cale predestinată de declin şi moarte, iar oscilatoarele genetice, asemănătoare ceasului, ar putea fi un sistem universal pentru a realiza acest lucru.
(Foto: Celulele oscilante, oscilând între stările de îmbătrânire. Credit: Laboratorul Hao, UC San Diego, 2023)
În biologia moleculară, o genă oscilantă este o genă care este exprimată într-un model ritmic sau în cicluri periodice. Genele oscilante sunt de obicei circadiene şi pot fi identificate prin modificări periodice ale stării unui organism.
„Rezultatele noastre stabilesc o legătură între arhitectura reţelei de gene şi longevitatea celulară care ar putea duce la circuite genetice proiectate raţional care să încetinească îmbătrânirea", notează cercetătorii în studiul lor.
De ce este drojdia comparabilă cu oamenii?
Drojdia este un tip de microorganism unicelular care aparţine regnului ciupercilor. Este clasificată în genul Saccharomyces, cea mai comună specie fiind Saccharomyces cerevisiae.
Drojdia este utilizată pe scară largă în diverse industrii, inclusiv în producţia de alimente şi băuturi, precum şi în cercetarea ştiinţifică.
Celulele de drojdie şi cele umane au gene similare, ceea ce înseamnă că s-au desprins dintr-un strămoş comun acum aproximativ un miliard de ani, spun specialiştii.
În cercetarea ştiinţifică, drojdia este utilizată ca organism model datorită structurii sale celulare simple, ratei de creştere rapidă şi uşurinţei de manipulare genetică.
Drojdia are multe asemănări cu celulele umane, ceea ce o face un instrument nepreţuit pentru studierea geneticii, a biologiei moleculare şi a proceselor celulare legate de sănătatea şi bolile umane.
În timpul cercetărilor, echipa a studiat celulele de drojdie Saccharomyces cerevisiae ca model pentru îmbătrânirea celulelor umane.
Aceştia au dezvoltat şi au folosit microfluidica şi microscopia time-lapse pentru a urmări procesele de îmbătrânire pe toată durata de viaţă a celulelor.
În studiul actual, celulele de drojdie care au fost reconectate sintetic şi îmbătrânite sub conducerea unui dispozitiv oscilator sintetic au dus la o creştere cu 82% a duratei de viaţă în comparaţie cu celulele de control care au îmbătrânit în condiţii normale.
Rezultatele au dezvăluit „cea mai pronunţată prelungire a duratei de viaţă al celulelor de drojdie pe care am observat-o cu ajutorul perturbaţiilor genetice", au notat ei.
„Celulele noastre cu oscilator trăiesc mai mult decât oricare dintre cele mai longevive tulpini identificate anterior prin ecrane genetice imparţiale", a spus Hao.
Cercetarea este o dovadă a conceptului care demonstrează aplicarea cu succes a biologiei sintetice pentru a reprograma procesul de îmbătrânire celulară, au scris autorii, „şi poate pune bazele pentru proiectarea unor circuite genetice sintetice pentru a promova în mod eficient longevitatea în organisme mai complexe".
În prezent, echipa îşi extinde cercetările la îmbătrânirea diverselor tipuri de celule umane, inclusiv a celulelor stem şi a neuronilor.
Aceste 8 obiceiuri simple pot debloca „fântâna tinereţii" pentru fiecare dintre noi
În timp ce oamenii de ştiinţă se străduiesc să încetinească procesul de îmbătrânire prin intermediul ştiinţei, un studiu recent constată că respectarea a opt obiceiuri simple şi sănătoase pentru inimă poate ajuta oamenii să ajungă la o vârstă înaintată.
Denumite „Life's Essential 8" (LE8), o echipă care lucrează cu Asociaţia Americană a Inimii spune că acestea deţin cheia pentru „fântâna tinereţii" moderne.
Principalele sfaturi pentru sănătate includ o alimentaţie sănătoasă, renunţarea la fumat şi multă mişcare şi somn. Celelalte sunt menţinerea unei greutăţi normale, a tensiunii arteriale, a colesterolului şi a nivelului de glucoză.
