Екстракт зі старих сородичів прискорює старіння

Ріс. 1. Схема експерименту. У їжу трьох модельних об’єктів — дріжджів, дрозофіл і мишей — додавалися екстракти зі старих або молодих сородичів. З’ясувалося, що всі три види довше живуть на «молодій» дієті. Малюнок з обговорюваної статті в Science Advances

Однією з причин старіння багато фахівців вважають накопичення з віком молекулярних «пошкоджень» тієї чи іншої природи. Для перевірки цієї гіпотези американські і корейські біохіміки провели експерименти на трьох модельних об’єктах — дріжджах, дрозофілах і мишах. Піддослідні організми годували екстрактами з молодих або старих сородичів. Виявилося, що в усіх трьох випадках «стара» дієта, заснована на екстракті зі старих сородичів, сприяє прискореному старінню. Результати узгоджуються з припущенням про те, що з віком в організмі накопичуються шкідливі речовини, що знижують життєздатність, і в цьому складається одна з причин старіння.

Хоча причини і механізми старіння вивчаються дуже інтенсивно, в цьому питанні досі багато неясного (див. посилання в кінці новини). Однією з найбільш загальних причин старіння вважається накопичення з віком різноманітних змін на молекулярному рівні, будь то зміни експресії генів, їх метилування, концентрацій тих чи інших метаболітів, накопичення соматичних мутацій або окислювальний стрес. Втім, не всі дослідники згодні з тим, що накопичення молекулярних пошкоджень відіграє в старінні істотну роль. Головна проблема тут у тому, що такі пошкодження дуже різноманітні і залежать від величезної безлічі генетичних і середніх факторів. Тому їх внесок у старіння важко довести або, тим більше, виміряти.

Група американських і південнокорейських вчених під керівництвом біохіміка Вадима Гладишева з Гарвардської медичної школи (див.:Gladyshev Lab) провела серію на подив простих і наочних експериментів для перевірки гіпотези про те, що молекулярні зміни, що відбуваються в організмі з часом, роблять внесок у старіння. Автори розсудили, що якщо це так, то дієта, заснована на екстракті з літніх сородичів, повинна прискорювати старіння. Звичайно, далеко не всі «старські речовини», що містяться в такому екстракті, будуть засвоєні організмом. Але ж якісь будуть, і цього може виявитися достатньо для шуканого ефекту.

Відомо, що дієта сильно впливає на тривалість життя і динаміку старіння. Виявлені і непогано вивчені два ключових сигнальних каскади, що забезпечують зв’язок між тим, що ми їмо, і тим, скільки ми живемо: каскад за участю інсуліну/інсуліноподібного фактора зростання (Insulin and Insulin-Like Growth Factor Signaling) і каскад за участю mTOR (див.:Мішень рапаміцину у ссавців). Якщо допустити, що якісь ендогенні (внутрішні) метаболіти, що накопичуються з віком, впливають на роботу цих каскадів (які, в свою чергу, впливають на хід старіння і тривалість життя), то чому б цим каскадам не реагувати аналогічним чином на ті ж метаболіти, засвоєні з їжею? Яким би дивним і несподіваним не здавалося таке припущення на перший погляд, воно, безумовно, заслуговує експериментальної перевірки.

Досліди були проведені на трьох класичних модельних об’єктах, широко використовуваних в геронтології: на дріжджах Saccharomyces cerevisae, дрозофілах Drosophila melanogaster і мишах Mus musculus (рис. 1).

1. Досвід на дріжджах. Ідея використовувати одноклітинний організм в якості моделі для вивчення старіння може здатися дивною, проте почкуються дріжджі добре для цього підходять. «Тривалість життя» дріжджів оцінюють двома способами. Можна помістити дріжджові клітини в середу з обмеженою кількістю глюкози і почекати, поки вся глюкоза буде з’їдена. Після цього дріжджі переходять на харчування менш приємними для них речовинами, такими як етанол і ацетат. При цьому вони перестають ділитися (хоча залишаються метаболічно активними), їх життєздатність поступово знижується, а смертність зростає. Можна оцінити «хронологічну тривалість життя» дріжджових клітин, яка визначається як час від входження в стаціонарну фазу (коли клітини перестають розмножуватися) до смерті. Зниження життєздатності дріжджів у цих умовах за багатьма біохімічними параметрами схоже на старіння постмітотичних клітин багатоклітинних організмів. Дріжджі використовують також і як модель старіння клітин, що діляться. Для цього оцінюють «реплікативну тривалість життя», яка вимірюється як число дочірніх клітин, які дана дріжджова клітина в сприятливих умовах встигне відпустити, поки не помре (K. K. Steffen et al., 2009. Measuring replicative life span in the budding yeast).

Автори виготовили поживне середовище для дріжджів на основі екстрактів (лізатів) з молодих дріжджових клітин, «хронологічний вік» яких становив 3 дні, і зі старих (хронологічний вік 8 днів). У таких екстрактах міститься достатня для зростання дріжджів кількість всіх поживних речовин, крім глюкози, яку додавали в корм окремо.

Виявилося, що дріжджі, які живуть на «молодому» поживному середовищі, мають достовірно вищу реплікативну тривалість життя, ніж такі ж дріжджі, що вирощуються на «старому» середовищі (рис. 2). З’ясувалося також, що екстракт старих клітин скорочує життя дріжджам у тому числі і в дуже високих концентраціях. Мабуть, це означає, що скорочення життя пояснюється не стільки тим, що в «старому» екстракті не вистачає чогось корисного (в цьому випадку підвищення концентрації згладило б ефект), скільки тим, що в ньому присутнє щось шкідливе. Додаткові експерименти показали, що низькомолекуляна фракція дріжджового екстракту сильніше впливає на тривалість життя, ніж високомолекулярна. Це логічно, тому що низькомолекулярні сполуки легше засвоюються клітинами.

Ріс. 2. Виживання дріжджів на «молодій» (синя лінія) і «старому» (червона лінія) живильному середовищі. По вертикальній осі — відсоток клітин, що вижили, по горизонтальній — число відпочкованих дочірніх клітин («реплікативний вік»). Малюнок з обговорюваної статті в Science Advances

2. Досвід на дрозофілах. Найпростіший лабораторний корм для дрозофіл готують на дріжджовій основі (50-60 г свіжих дріжджів довго варять у літрі води) з додаванням цукру. Автори замінили в цьому рецепті варені дріжджі на екстракт молодих або старих дрозофіл. Для приготування екстракту молоді мухи (у віці 3-5 днів після виходу з лялечки) живцем заморожувалися в рідкому азоті. Потім їх штовхли в порошок, розводили у воді і центрифугували. При цьому все нерозчинне випадало в осад, а супернатант (надосадкову рідину) використовували для приготування корму замість дріжджів. Для «старого» корму використовували мух, щойно померлих природною смертю віком 30-60 днів (у середньому 45). З ними чинили так само, як з молодими. Кількість мушиного екстракту, що додається до корму, підбирали таким чином, щоб вміст білків у живильному середовищі був таким же, як у стандартному кормі на дріжджовій основі.

Виявилося, що на «молодій» дієті самки дрозофіл живуть в середньому довше, ніж на «старій» (рис. 3). Самцов не тестували у зв’язку з трудністю масової заготовки старих мух для «старого» корму. Таким чином, закономірність, виявлена у дріжджів, виявилася справедливою і для самок дрозофіл.

Ріс. 3. Виживаність самок дрозофіл на «молодій» (синя лінія) і «старій» (червона лінія) дієті. По вертикальній осі — відсоток мух, що вижили, по горизонтальній — вік у добі. Малюнок з обговорюваної статті в Science Advances

3. Досвід на мишах. Щоб протестувати групу мишей на тривалість життя, потрібно багато корму, адже миші живуть років три, а іноді і більше. Тому можна зрозуміти авторів, які вирішили не зв’язуватися з масовою заготівлею мишиного м’яса і використовували більш доступний матеріал — м’ясо молодих (трирічних) і старих (25-річних) самців благородного оленя. Цих тварин розводять на фермах, тому добути оленя потрібного віку не становить великої праці. Вміст білків і жирів у м’язах молодих і старих оленів розрізняється (у молодих більше білка і менше жиру), що може впливати на тривалість життя тих, хто ними харчується. Тому дослідникам довелося збалансувати «молоду» і «стару» дієту по білку, жиру і калорійності шляхом змішування стандартного мишиного корму з оленячим м’ясом в різних пропорціях.

Дієта не вплинула на тривалість життя самців мишей, зате по самках результати вийшли такі ж, як по дріжджах і дрозофілах: на «старій» дієті самки прожили на 13,3% менше, ніж на «молодій» (рис. 4).

Ріс. 4. Виживання самиць (ліворуч) і самців мишей на «молодій» і «старій» дієті. Позначення як на рис. 3. Зображення з обговорюваної статті в Science Advances

Автори розкривали померлих мишей, щоб розібратися в причинах смерті, але не змогли отримати чітких результатів: ні за кількістю пухлин, ні за рівнем амілоїдозу (найбільш типові причини смерті старих мишей) достовірних відмінностей між групами не виявилося. Зате вдалося показати, що за складом кишкової мікробіоти миші, які живуть на «старій» дієті, сильніше відрізняються від контрольних мишей (живляться звичайним кормом), ніж миші, що живуть на «молодій» дієті.

Таким чином, на всіх трьох об’єктах було показано, що «стара» дієта скорочує життя порівняно з «молодою». Цей результат узгоджується з припущенням про те, що молекулярні зміни, що відбуваються з віком, негативно позначаються на життєздатності, і що «погана біохімія», характерна для старих організмів, може негативно впливати на тривалість життя тих, хто ними харчується.

Це дослідження відрізняється від більшості наукових статей, опублікованих сьогодні у високорейтингових журналах, своєю дивовижною простотою і зухвалістю. Використані методи вразливі для критики. Наприклад, молоді дрозофіли для приготування екстракту заморожувалися живцем, а старі — посмертно, так що ці мухи відрізнялися не тільки віком. Симбіотичні мікроорганізми — бактерії і дріжджі, що живуть у кишечнику і на поверхні тіла дрозофіл — могли пережити заморожування і потім розмножитися на мушиному кормі, впливаючи на тривалість життя тестованих мух (причому відомо, що склад мушиної мікробіоти змінюється з віком). У тестованих дріжджів вимірювали «реплікаційний» вік, однак для приготування живильного середовища клітини сортували за «хронологічним» віком (тому що так простіше). Самців дрозофіл не тестували взагалі (тому що на них не вистачило старих мух, з яких робили «старе» живильне середовище). Перші два види годували екстрактами конспецификів, а мишей — не мишатиною, а оленіною, тому що важко запасти стільки мишатини. Не дуже зрозуміло, чому відмінності в смертності мишей не узгоджуються з результатами розтину, і так далі.

Проведені досліди повинні бути багаторазово повторені іншими дослідниками, перш ніж ми отримаємо право робити на їх основі далекосяжні висновки. Але все ж збіг результатів, отриманих на трьох модельних об’єктах, вражає. Будемо сподіватися, що подальші дослідження скоро покажуть, наскільки загальний характер має виявлена закономірність і які саме «старечі речовини» негативно позначаються на тривалості життя.

Джерело: Sang-Goo Lee, Alaattin Kaya, Andrei S. Avanesov, Dmitriy I. Podolskiy, Eun Ju Song, Du-Min Go, Gwi-Deuk Jin, Jae Yeon Hwang, Eun Bae Kim, Dae-Yong Kim, Vadim N. Gladyshev. Age-associated molecular changes are deleterious and may modulate life span through diet // Science Advances. 2017. DOI:10.1126/sciadv.1601833.

Див. також про вивчення причин і механізмів старіння:

1) Еволюція прискореного старіння як наслідок адаптації до несприятливих умов (доповідь А.В. Маркова на семінарі «Питання еволюції» 27.01.2017)

.2) У хробака Caenorhabditis elegans старіння легко уповільнити або прискорити, але важко змінити його траєкторію, «Елементи», 02.02.2016

.3) Видалення старіючих клітин продовжує мишам життя, «Елементи», 05.02.2016

.4) Самки повільніше старіють, якщо за них не конкурують, «Елементи», 25.01.2014

.5) Тривалість життя залежить від балансу амінокислот в їжі, «Елементи», 10.12.2009

.6) Рапаміцин уповільнює старіння у мишей, «Елементи», 15.07.2009

.7) Безсмертя в обмін на безпліддя?, «Елементи», 21.02.2008

.8) Голодування проти старіння, «Елементи», 27.02.2007

.9) Як старіють рослини, «Елементи», 07.11.2006.

Олександр Марков