Одна из причин старения заключается в том, что с возрастом в организме накапливаются вредные вещества, снижающие жизнеспособность. Подтверждение этой гипотезы нашли биохимики из США и Южной Кореи, которые провели эксперименты на трех модельных объектах — дрожжах, дрозофилах и мышах. Их кормили экстрактами из молодых или старых сородичей, и выяснилось, что диета, основанная на «старом», способствует ускоренному старению. Подробно об исследование рассказывает издание «Элементы».
Накопление молекулярных повреждений считается одной из самых общих причин старения. Это может быть изменение экспрессии генов (считывание генетической информации с гена и превращение ее в физический действующий продукт — РНК или белок), их метилирования (изменения в структуре ДНК, при котором не меняется последовательность ее нуклеотидов), концентраций метаболитов, накопления соматических мутаций или окислительный стресс.
Но не все согласны с тем, что накопление изменений на молекулярном уровне играет существенную роль в старении: они очень разнообразны и зависят от множества генетических факторов и среды.
Группа ученых под руководством Вадима Гладышева из Гарвардской медицинской школы предположила, что, если молекулярные изменения в организме вносят существенный вклад в старение, диета, основанная на экстракте из пожилых сородичей, должна ускорить этот процесс.
Связь между диетой и продолжительностью жизни обеспечивают два каскада реакций — с участием инсулина и белка mTOR (регулирует синтез на рибосомах многих белков, в том числе связанных с ростом клетки и ее размножением). Если допустить, что внутренние метаболиты, накапливающиеся с возрастом, влияют на работу этих каскадов, то последние, как предположили ученые, могут так же реагировать на те же метаболиты, усвоенные с пищей. Эксперимент проводился на трех классических объектах: почкующихся дрожжах, дрозофилах и мышах.
1. Дрожжи. «Продолжительность жизни» дрожжей можно оценить двумя способами. Если поместить их клетки в среду с ограниченным количеством глюкозы и подождать, пока вся она будет съедена, дрожжи перейдут на питание этанолом и ацетатом, перестанут делиться, а их жизнеспособность постепенно снизится. Еще можно оценить «хронологическую продолжительность жизни» таких клеток — время от вхождения в стационарную фазу, когда клетки перестают размножаться, до смерти.
Ученые изготовили питательную среду для дрожжей на основе лизатов — бесклеточных экстрактов, образовавшихся после разрушения дрожжевых клеток. В таких экстрактах достаточно питательных веществ для роста дрожжей (кроме глюкозы, ее добавляли отдельно).
Выяснилось, что у дрожжей, живущих на питательной среде на основе экстрактов из молодых (хронологический возраст 3 дня) дрожжевых клеток, репликативная продолжительность жизни выше, чем у таких же дрожжей, которые выращиваются на «старой» (8 дней) среде. Кроме того, оказалось, что «старый» экстракт сокращает жизнь дрожжам в том числе в очень высоких концентрациях. То есть низкая продолжительность жизни объясняется не столько недостатком полезных веществ в «старом» экстракте, сколько наличием вредных.
Результаты дополнительных опытов показали, что низкомолекулярная фракция дрожжевого экстракта влияет на продолжительность жизни сильнее, чем высокомолекулярная (низкомолекулярные соединения легче усваиваются клетками).
2. Дрозофилы. Простейший лабораторный корм для дрозофил готовят из 50–60 г свежих дрожжей, которые долго варят в литре воды с добавлением сахара. Ученые заменили вареные дрожжи на экстракт молодых и старых дрозофил. Для приготовления экстракта мух в возрасте 3-5 дней после выхода из куколки живьем замораживали в жидком азоте, толкли в порошок, разводили в воде и разделяли на составные части с помощью центрифуги. Все нерастворимое при этом выпадало в осадок, а супернатант (надосадочная жидкость) использовался для корма вместо дрожжей. Для «старого» корма использовали мух, только что умерших естественной смертью.
Исследование показало, что на «молодой» диете самки дрозофил живут в среднем дольше, чем на «старой». Самцов не тестировали, так как массово заготовить старых мух для «старого» корма трудно.
3. Мыши. Чтобы протестировать мышей на продолжительность жизни, требуется много корма: они обычно живут не меньше трех лет. Поэтому авторы не стали заготавливать мясо и использовали мясо молодых и старых самцов благородного оленя. Их разводят на фермах, поэтому добыть животное нужного возраста проще. В мышцах молодых молодых оленей больше белка и меньше жира, и это может влиять на продолжительность жизни тех, кто ими питается, поэтому ученые сбалансировали «молодую» и «старую» диету по белку, жиру и калорийности, смешав в разных пропорциях стандартный мышиный корм и мясом оленя.
Диета не повлияла на продолжительность жизни самцов мышей, зато с самками результаты получились такими же, как с дрожжами и дрозофилами: на «старой» диете они прожили на 13,3% меньше, чем на «молодой».
Умерших мышей вскрывали, чтобы установить причину смерти, но получить внятных результатов по самым типичным причинам — ни по количеству опухолей, ни по уровню амилоидоза (нарушения белкового обмена). Очевидных различий между группами не обнаружилось. Зато выяснилось, что по составу кишечной микробиоты мыши на «старой» диете сильнее отличаются от мышей, питающихся обычным кормом, чем мыши на «молодой» диете.
Таким образом, на всех трех объектах было показано, что «старая» диета сокращает жизнь.
Однако, несмотря на совпадение результатов, опыты должны быть многократно повторены, прежде чем можно будет делать далеко идущие выводы. Исследование отличается уязвимостью использованных в нем методов для критики: например, молодые дрозофилы для приготовления экстракта замораживались живьем, а старые — посмертно, так что мухи отличались не только возрастом. Кроме того, бактерии и дрожжи, живущие в кишечнике и на поверхности тела дрозофил, могли пережить замораживание и затем размножиться на мушином корме, а значит, влиять на продолжительность жизни тестируемых мух. Насколько общий характер имеет обнаруженная закономерность — пока остается вопросом.
