Zespół badawczy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego od kilku lat bada starzenie się komórek, odkrywając, że komórki przechodzą kaskadę zmian molekularnych przez całe życie, aż w końcu ulegają degeneracji i śmierci. Odkryli jednak, że nie wszystkie komórki starzeją się w ten sam sposób i na tym skupili się ich nowe badania.

Najpierw wykorzystali komputerowe symulacje starzenia się komórek, aby przetestować swoje pomysły, zanim przeszli do modyfikacji obwodów starzenia w jednokomórkowych drożdżach Saccharomyces cerevisiae.

Odkryli, że komórki podążały jedną z dwóch tras starzenia. Około połowa komórek uległa stopniowemu spadkowi stabilności DNA (starzenie się jąderka); dla pozostałych ścieżka starzenia charakteryzowała się spadkiem ich liczby mitochondria – organelli dostarczających komórce energii (starzenie się mitochondriów).

Aby kontrolować starzenie się komórek, manipulowali ekspresją dwóch konserwatywnych regulatory transkrypcji — cząsteczki, które określają, które geny są aktywne w komórce. Cichy regulator informacji 2 (Sir2) napędza spadek jąder (prowadzący do niestabilności DNA), a białko aktywatora hemu 4 (Hap4) jest związane z aktywnością mitochondriów.

Kiedy jeden z tych regulatorów ulega ekspresji, a zatem jest aktywny, powstrzymuje ekspresję drugiego, więc naukowcy opracowali syntetyczny oscylator genów, aby przeprogramować ten mechanizm. Generując trwałe oscylacje między dwoma typami degeneracji komórkowej w poszczególnych komórkach, uniemożliwili komórkom podążanie jedną z dwóch ścieżek starzenia. Żywotność tych komórek wzrosła.

Profesor Nan Hao, główny autor badania i współdyrektor Instytutu Biologii Syntetycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, powiedział Wiadomości medyczne dzisiaj:

„Nasza praca jest dowodem słuszności koncepcji, pokazującym, że podobnie jak inżynierowie mechanicy mogą naprawiać i ulepszać nasze samochody, aby służyły dłużej, możemy również zastosować to samo podejście inżynieryjne do modyfikowania i ulepszania naszych komórek, aby działały dłużej. Najważniejsze jest nasze podejście do osiągnięcia tego celu: wykorzystanie komputerów do symulacji naturalnego procesu starzenia oraz pokierowanie projektem i racjonalną inżynierią systemu w celu przedłużenia jego żywotności”.

Tworząc oscylator genów, naukowcy sprawili, że komórki drożdży nieustannie przełączały się między dwiema ścieżkami starzenia, uniemożliwiając im wejście na z góry wyznaczoną ścieżkę upadku i śmierci, spowalniając degenerację komórek.

Te komórki drożdży, które zostały syntetycznie zmienione i starzone pod kierunkiem syntetycznego oscylatora, miały 82% wzrost długości życia w porównaniu z komórkami kontrolnymi.

Według prof. Hao, który powiedział, że manipulacja genetyczna nie miała na nie negatywnego wpływu MNT: „Komórki drożdży dobrze przeżywają z szybkim tempem wzrostu”.

„Po raz pierwszy to podejście oparte na inżynierii sterowanej komputerowo [has been] wykorzystywane w badaniach nad starzeniem. Nie rozumiem, dlaczego nie możemy zastosować tej samej strategii do ludzkich komórek”.

– prof. Nan Hao

Wszystkie komórki zawierają obwody regulacyjne genów które są odpowiedzialne za wiele funkcji fizjologicznych, w tym starzenie się, więc teoretycznie podobne podejście mogłoby zadziałać w ludzkich komórkach.

Celem może być nie tylko przedłużenie życia bardziej złożonych organizmów, ale także wydłużenie życia niektórych komórek w organizmach, aby zapobiec chorobom zwyrodnieniowym.

Jednak prof. Hao ostrzegł, że nie wiedzą, czy zwiększenie długowieczności może wpływać na komórki w inny sposób:

„To głębokie biologiczne pytanie. Nasza obecna hipoteza głosi, że długowieczność komórki nie jest cechą wybraną w drodze ewolucji. Komórki muszą najpierw być w stanie przetrwać w szybko zmieniającym się, nieprzewidywalnym i stresującym środowisku”.

„Istnieje możliwość, że nasze długowieczne komórki inżynieryjne będą mniej odporne na pewne rodzaje stresów w środowisku. Zasadniczo wydłużenie życia może poświęcić niektóre normalne funkcje, ale to tylko hipoteza” – dodał.

Prof. Hao zasugerował, że takie podejście może mieć potencjał u ludzi:

„Oba dwa regulatory mają swoje odpowiedniki u ludzi, więc wierzę, że tę samą strategię można zastosować do ludzkich komórek. W rzeczywistości jest to nasz kolejny krok w przyszłości”.

A prof. Howard Salis, główny badacz w Salis Lab, Penn State University, który nie brał udziału w badaniu, zgodził się:

„Jeśli wspólnym celem tych interwencji jest utrzymanie zdrowszego stanu komórek, wówczas ryzyko i zachorowalność na choroby związane z wiekiem zostaną zmniejszone”.

Jednak to bardzo wczesne dni i chociaż to badanie pokazuje, że możliwe jest wyłączenie mechanizmów starzenia w organizmie jednokomórkowym, istnieje wiele pytań, na które należy odpowiedzieć, zanim technologia będzie mogła zostać zastosowana u ludzi.