La vittoria sull'invecchiamento è un sogno umano di lunga data. Tuttavia, gli scienziati, nonostante numerosi studi, non comprendono ancora appieno perché, con l'età, le funzioni del corpo vengono gradualmente interrotte e gli organi falliscono. "Lenta.ru" parla di un nuovo lavoro che spiega l'impossibilità dell'eterna giovinezza nella realtà moderna.
Una delle scoperte più importanti nella biologia dell'invecchiamento umano è stata fatta oltre 50 anni fa. Nel 1961, il professore di anatomia presso l'Università della California, Leonard Hayflick, scoprì che le cellule umane muoiono dopo circa 50 divisioni e, mentre si avvicinano a quel punto, mostrano segni di invecchiamento. Questo fenomeno è stato associato all'accorciamento dei telomeri, le estremità dei cromosomi che proteggono una parte vitale del DNA dai danni. Quando i telomeri scompaiono completamente, la cellula avvia un meccanismo di autodistruzione.
Sebbene l'accorciamento dei telomeri sia ancora ritenuto da alcuni attivisti anti-invecchiamento la causa principale del lento declino e della successiva morte, gli scienziati hanno proposto altre teorie. Ad esempio, l'accumulo graduale di mutazioni nel DNA, la programmazione evolutiva o l'influenza dei radicali liberi. Nonostante sia passato quasi mezzo secolo dalla scoperta del limite di Hayflick, non c'è ancora una piena comprensione di cosa faccia invecchiare esattamente gli organismi viventi.
Il gerontologo Brett Augsburger della Auburn University negli Stati Uniti ha sviluppato un nuovo approccio per chiarire le cause dell'invecchiamento. Nel suo articolo, il cui preprint è pubblicato nel repository bioRxiv.org, ha suggerito che la chiave per risolvere il problema potrebbe essere la termodinamica di non equilibrio, che descrive sistemi che non sono in equilibrio termodinamico. Secondo lo scienziato, l'aspettativa di vita dipende dal tasso di distruzione delle molecole biologiche e dall'inevitabile perdita di informazioni. Diventa chiaro perché la vittoria sull'invecchiamento è impossibile nel prossimo futuro: leggi fisiche fondamentali rendono inevitabile l'usura del corpo.
Il nuovo approccio spiega alcuni dei paradossi che sorgono in altri modelli di invecchiamento, oltre a rivelare i difetti fondamentali nella teoria del soma usa e getta, proposta nel 1977 dal biologo inglese Thomas Kirkwood.
La teoria del soma usa e getta presuppone che il corpo debba avere una certa quantità di energia per mantenere il metabolismo, la riproduzione, il recupero e altre funzioni. Poiché la quantità di cibo è sempre limitata, devi scendere a compromessi. Poiché i meccanismi responsabili della rigenerazione non ricevono abbastanza energia, il corpo inizia ad invecchiare. Alcuni esperti ritengono che la risorsa limitante sia il tempo, non l'energia. Secondo questo punto di vista, per ogni organismo esiste una durata ottimale della gravidanza, quando la prole sarà più vitale. Tuttavia, limita la quantità di tempo che può essere dedicata alla crescita e allo sviluppo. Pertanto, il tasso di sviluppo e il periodo di gestazione sono influenzati dalla selezione naturale. L'accelerazione della gravidanza limita il tempoassegnato per la riparazione del danno cellulare. Questo, a sua volta, porta all'accumulo di difetti e ad una diminuzione dell'aspettativa di vita rispetto agli organismi con un lungo periodo di gestazione.
Cromosomi con telomeri
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Immagine: Programma genoma umano del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
La seconda legge della termodinamica suggerisce che qualsiasi forma di energia tende a entrare in uno stato meno ordinato, in altre parole a dissiparsi nello spazio. Qualsiasi sistema non in equilibrio, inclusi gli organismi viventi, trasformerà l'energia in questo modo fino a raggiungere un punto di equilibrio - in questo caso, lo stato di morte. Molte creature sono in grado di resistere alla transizione verso uno stato di equilibrio abbastanza a lungo da svilupparsi e riprodursi. Per specie diverse, questo tempo richiede da diverse ore a decenni.
Limite del colpo di fieno, che limita la divisione delle cellule somatiche
In un organismo vivente, lontano dallo stato di equilibrio termodinamico, l'energia libera è concentrata nei legami chimici di grandi biomolecole. Ciò consente di procedere con vari processi, dallo schieramento delle proteine e il districamento del DNA all'idrolisi, ossidazione e metilazione. Auxburger ha modellato un sistema che ha dimostrato che le biomolecole devono inevitabilmente degradarsi, con conseguente dissipazione di energia. Inoltre, eventuali processi che si verificano nel corpo contribuiscono all'approccio a uno stato di equilibrio, inclusa la generazione di impulsi elettrici.
L'autore del lavoro è giunto alla conclusione che i meccanismi di ripristino delle molecole non garantiscono che le informazioni contenute nel DNA saranno conservate nelle singole cellule, quindi devono inevitabilmente diminuire. Di conseguenza, viene ridotta anche la vitalità dell'organismo. Se prendiamo in considerazione che le cellule sono influenzate da una sorta di selezione naturale, allora a causa di mutazioni nel DNA, può verificarsi una situazione in cui le singole cellule (che si dividono a causa della mitosi) ottengono vantaggi rispetto ad altre cellule, il che non è necessariamente benefico per la persona nel suo insieme. La loro rimozione può ritardare gli effetti negativi, ma nel tempo sempre più cellule diventeranno difettose. Pertanto, se il corpo vive abbastanza a lungo, non solo inevitabilmente invecchia, ma prima o poi viene colpito dal cancro.
I topi talpa nudi, come molti animali, hanno il cancro.
Foto: Roman Klementschitz / Wikipedia
Alcune specie animali, come la talpa nuda (Heterocephalus glaber), non si ritiene abbiano il cancro. Tuttavia, questa opinione è errata, poiché ci vuole tempo prima che compaia un tumore maligno. Recentemente è stato pubblicato un articolo in cui gli scienziati hanno descritto il primo caso di cancro in H.glaber.
La ricerca dei geni della longevità è inutile nel senso che modificarli utilizzando metodi di ingegneria genetica non prolungherà in modo significativo la vita di organismi così complessi come gli esseri umani. Inoltre, tali manipolazioni possono essere dannose, quindi l'autore consiglia di allontanarsi da un approccio che si concentra sulla creazione di collegamenti tra geni e alcuni segni di invecchiamento. Nella migliore delle ipotesi, i geni rappresentano un insieme incompleto di fattori di longevità.
Quale potrebbe essere il modo per battere l'invecchiamento? Molto complesso e al di là delle capacità della moderna biotecnologia. Poiché i processi di invecchiamento sono una conseguenza di leggi fondamentali, non è ancora realistico eliminare le cause alla base dell'invecchiamento. Un approccio efficace in questo caso può essere la creazione di librerie di DNA, che memorizzano informazioni sui geni intatti. Sulla loro base, le giovani cellule staminali possono essere sintetizzate per il trapianto in un vecchio organismo. Secondo Auxburger, tali metodi sono più efficaci di quelli esistenti.
Alexander Enikeev
