Ponad trzy dekady temu Thomas Johnson wykazał, że modyfikacja pojedynczego genu – zwanego age-1 – wydłużyła żywotność robaków C. elegans nawet o 60%. Pomimo ogromnej odległości ewolucyjnej, jaka dzieli nas od tych stworzeń, przydatne mechanizmy przetrwania przeskakują z gałęzi na gałąź drzewa życia – są zachowane w genomach wielu gatunków, w tym ludzi. To, co działa na robaka lub mysz – a nawet na gatunek drożdży – nie musi działać również na nas. Ale wyniki wynikające z manipulowania oczekiwaną długością życia tych odległych krewnych zachęcają do poszukiwania modyfikacji genetycznych.

Trzy lata temu grupa naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) odkryła istotny mechanizm procesu starzenia jednokomórkowego grzyba, który towarzyszy nam od początku cywilizacji. Gatunek drożdży o nazwie Saccharomyces cerevisiae – z którego wytwarzany jest chleb, piwo i wino – zmierza do śmierci w jednym z dwóch kierunków. Połowa jego komórek starzeje się, gdy ich DNA traci stabilność; druga połowa, wraz z degradacją mitochondriów, struktury dostarczającej komórce energii.

Ci sami badacze z UCSD – kierowani przez Nan Hao – opublikowali teraz artykuł w czasopiśmie akademickim Nauka. Wyjaśniają, w jaki sposób stworzyli rodzaj przełącznika, który – manipulując dwoma regulatorami aktywności genów – odwraca proces starzenia się komórek. Od DNA do rozpadu mitochondriów, piwowar wykorzystuje mechanizm utrzymujący równowagę komórek drożdży. Podobnie jak w przypadku termostatu, gdzie po osiągnięciu wyższej temperatury lodówka zwiększa moc, a po osiągnięciu niższej temperatury włącza się system grzewczy, biologia syntetyczna jest wykorzystywana do wprowadzenia podobnego systemu. Za pomocą tak zwanego oscylatora genetycznego komórki zmieniają sposób, w jaki się starzeją, gdy posuną się za daleko w jednym z dwóch kierunków. Dzięki tej grze równowagi naukowcy przedłużyli istnienie drożdży nawet o 80% – nowy rekord świata w biologii. Naukowcy sugerują, że ten typ oscylatora może również służyć do spowolnienia ścieżki śmierci, która rozpoczyna się za każdym razem, gdy komórka pojawia się w ludzkim ciele.

Autorzy zamierzają „zidentyfikować regulacyjne obwody genetyczne [beneath] starzenia się w różnych typach ludzkich komórek i zastosować tę strategię inżynieryjną, aby je zmodyfikować i spowolnić ich starzenie”, wyjaśnia Nan Hao, główny autor badania i współdyrektor Instytutu Biologii Syntetycznej na UCSD. „Jeśli to zadziała, spróbujemy zrobić to samo w komórkach żywych zwierząt, takich jak myszy” – dodaje.

Hao przyznaje, że inżynieria genetyczna „wymaga więcej czasu w ludzkich komórkach, a obwody regulujące geny są często bardziej skomplikowane. Będziemy potrzebować więcej czasu i zasobów, aby przetestować te pomysły i strategie, ale nie sądzę, aby istniała fundamentalna przeszkoda, która by nas przed tym powstrzymywała” — podsumowuje.

Carlos López Otín – badacz z Uniwersytetu w Oviedo (Hiszpania) i ekspert w dziedzinie starzenia się – docenia wartość badań przeprowadzonych przez tych badaczy, którzy, podobnie jak inni przed nimi, wykorzystali „proste modele, aby spróbować zrozumieć kolosalną i fascynującą złożoność życia.”

„Może się to wydawać dziwne, że z organizmu jednokomórkowego możemy wyciągnąć wnioski na temat wpływu czasu na nasze ciała złożone z wielu bilionów komórek. Ale nie powinniśmy zapominać o legendarnym wersecie wielkiego Jacquesa Monoda (laureata Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny) za odkrycie pierwszych kluczy do regulacji genów u bakterii: „To, co jest ważne dla bakterii, jest również ważne dla słonia”. [That being said]jego ekstrapolacja na ludzkie komórki i nasze codzienne życie wciąż wydaje się odległa”.

Mogłoby to przyczynić się do poprawy naszego zdrowia… co wydaje się być rozsądniejszym i bardziej przystępnym celem niż dążenie do nieprawdopodobnych marzeń o nieśmiertelności

Carlos López Otín, Uniwersytet w Oviedo

„Jednokomórkowe organizmy [like the yeast used in this experiment] są z natury samolubni: ich głównym celem jest dzielenie. Marzeniem bakterii lub drożdży jest tworzenie innych takich jak one” — wyjaśnia López Otín. Ten „samolubstwo komórkowe jest celem, który nasze altruistyczne i wspierające komórki odrzucają” i przyjmują go tylko wtedy, gdy – poprzez gromadzenie uszkodzeń molekularnych – przekształcą się i staną się nowotworowe.

„Z tego powodu u ludzi nie wystarczy zapobiegać starzeniu się komórek za wszelką cenę i przedłużać ich żywotność. Ceną za te strategie – tak nagłaśniane i upragnione przez niektórych – może być rozwój poważnych patologii, w tym nowotworów złośliwych, które mogą znacznie skrócić ludzką długość życia” – ostrzega López Otín.

Dla naukowca pytanie, które wynika z tych wyników, brzmi: jeśli ewolucja mogła stworzyć oscylator podobny do tego, który stworzyli ci autorzy, modyfikując tylko dwa geny, dlaczego tak się nie stało od czasu pojawienia się życia ponad 3,5 miliarda lat temu?

Aby zrozumieć przyczynę tej luki – jednocześnie rozumiejąc koszty przedłużenia życia – López Otín proponuje przeprowadzenie eksperymentu, w którym drożdże niosące zmodyfikowane geny mogą konkurować z odpowiednimi normalnymi drożdżami „w celu zbadania, czy którekolwiek z [modified] szczepy [influence the untouched ones] w czasie w różnych warunkach”. Ponadto proponuje stworzenie innych rodzajów oscylatorów, nie po to, aby niepotrzebnie przedłużać żywotność, ale w celu utrzymania homeostazy – naszej niezbędnej równowagi wewnętrznej. „Może to przyczynić się do poprawy naszego zdrowia… coś, co wydaje się być bardziej rozsądnym i przystępnym celem niż dążenie do nieprawdopodobnych marzeń o nieśmiertelności” – podsumowuje.

Jordi García Ojalvo – naukowiec z Universitat Pompeu Fabra w Barcelonie i współpracownik Michaela Elowitza, twórcy pierwszego syntetycznego oscylatora genetycznego – uważa, że ​​„poza zastosowaniami, jakie mogą mieć wyniki tego badania [many years from now], ciekawe jest to, że pokazuje, jak można wykorzystać biologię syntetyczną do zrozumienia, jak działają organizmy i jak się starzeją. Pomaga nam przesuwać granice tej wiedzy”.

„Starzenie się w ludzkich komórkach lub w całym organizmie jest bardzo skomplikowane. Ale wszystkie komórki na Ziemi mają 20 aminokwasów i te same cztery kwasy nukleinowe” – dodaje. „To, czego dowiadujemy się z tych komórek, może być przydatne do wyszukiwania aplikacji”.

Zapisać się do nasz cotygodniowy biuletyn aby uzyskać więcej anglojęzycznych wiadomości z EL PAÍS USA Edition