Gânduri, sfaturi tehnice și știri despre știință de la Promega Corporation

tineretului
Poveștile abundă despre exploratorul spaniol Juan Ponce de Leon, care în secolul al XV-lea a căutat în zadar Fântâna Tineretului în ceea ce este acum Florida (cu unii istorici afirmând că de fapt căuta o soluție la propria sa impotență sexuală). În ultima vreme, magicianul David Copperfield a declarat că deține Fântâna Tineretului, care se află pe proprietatea sa din Bahamas. Copperfield susține că Fântâna Tineretului său aduce de fapt la viață animale care sunt aproape de moarte. Povești despre fântâni, copaci și fructe cu proprietăți ale tinereții veșnice au existat de când babilonienii au compus Epopeea lui Ghilgameș. În timpurile moderne, oamenii de știință au susținut că există o altă sursă de tinerețe și viață prelungită: restricția calorică.

Restricția de calorii implică limitarea aportului de calorii pentru a întârzia sau chiar inversa procesul de îmbătrânire (inclusiv oprirea sau inversarea bolilor legate de îmbătrânire). Prin urmare, dacă o femeie de 150 de kilograme mănâncă în mod regulat 2.000 de calorii pe zi, restricția de calorii pentru ea ar presupune scăderea cantității ingerate la probabil 1.500 de calorii pe zi, sau chiar mai puține calorii. Cu toate acestea, toate cerințele nutriționale pentru această femeie ar trebui încă să fie satisfăcute, ceea ce înseamnă că noua ei „dietă” ar include consumul de alimente bogate în vitamine și minerale. Între timp, ingestia de „junk food” ar trebui să înceteze aproape complet, deoarece ar adăuga doar calorii goale. În cazul restricției de calorii, malnutriția este întotdeauna o amenințare care se apropie, astfel încât alimentele care ambalează cel mai mult „bang for the buck” trebuie selectate în mod constant.

Majoritatea persoanelor care aleg să se supună restricției voluntare de calorii prezintă în cele din urmă o pierdere semnificativă în greutate. De asemenea, pot apărea și alte probleme, cum ar fi sentimentul de a fi în permanență rece, pierderea senzației la degete și degetele de la picioare și probleme cu șederea sau întinderea pe suprafețe dure. Cele mai multe dintre aceste probleme apar deoarece o persoană care suferă restricții calorice are o grăsime corporală foarte scăzută, ceea ce este esențial pentru menținerea unei temperaturi corporale constante, precum și tampoane de grăsime pe fese, coapse și stomac.

Restricția calorică a fost studiată de peste 75 de ani, iar cunoașterea faptului că prelungește durata de viață și îmbunătățește sănătatea generală este cunoscută de ceva vreme. În 1934, Mary Crowell și Clive McCay au descris cum șobolanii de laborator, după ce au fost hrăniți cu o dietă redusă în calorii de-a lungul mai multor ani, au supraviețuit efectiv șobolanilor care nu aveau o reducere calorică. Roy Walford, care și-a condus majoritatea lucrărilor la Universitatea din California din Los Angeles, a folosit șoareci în cercetarea sa pentru a obține același efect. În cazul lui Walford, șoarecii au avut un aport alimentar de calorii redus cu aproape 50%. Astfel de șoareci cu restricții calorice au trăit, de asemenea, de două ori mai mult decât șoarecii țineau o dietă obișnuită. În plus, șoarecii cu restricție calorică de la Walford au avut, de asemenea, energie crescută, o incidență mai mică a deficitelor hormonale (de exemplu, insulină, hormon tiroidian) și un scor de performanță general mai bun la rezolvarea problemelor și testele de memorie.

Cercetările efectuate până acum pe șobolani și șoareci păreau încurajatoare pentru rozătoare, dar nimic nu fusese încă încercat cu mamifere superioare (inclusiv oameni). Apoi, o oportunitate pentru astfel de cercetări a apărut destul de întâmplător. Walford, împreună cu echipajul Biosphere 2, au rămas fără o aprovizionare adecvată cu hrană în timpul în care au fost cuibăriți în uriașul biodom. În loc să încheie experimentul, echipajul Biosphere 2 a decis să supraviețuiască printr-o dietă cu conținut scăzut de calorii (care uneori consta în principal din banane). În timp ce Walford și echipajul său au pierdut o parte semnificativă din greutatea corporală, s-au înregistrat și alte modificări: scăderea tensiunii arteriale, îmbunătățirea sensibilității la insulină și reducerea numărului de colesterol total și LDL au fost doar câteva dintre modificările observate.

Richard Weindruch, care la acea vreme era student al Walford’s, lucrase deja cu mentorul său la efectele restricției calorice. Weindruch a devenit fascinat de consecințele moleculare ale acestui stil de viață. Și-a început cercetarea analizând și șoarecii hrăniți fie cu diete cu restricții calorice, fie cu diete obișnuite. Ceea ce a descoperit el a fost următorul: șoarecii cărora li s-au hrănit cu 50% mai puține calorii nu numai că au prezentat o durată de viață extinsă (în medie 32 până la 45 de luni), dar și o durată de viață maximă extinsă (40 până la 53 de luni). Acest lucru a fost destul de uimitor în lumina faptului că majoritatea îmbunătățirilor din domeniul sănătății și tehnologiei din secolul trecut au permis cu siguranță oamenilor să trăiască la maximum potențialul lor de viață, dar nu să trăiască dincolo de durata de viață alocată. Cu alte cuvinte, datele mouse-ului sugerează că o ființă umană ar putea trăi în medie 112 ani și o medie maximă de până la 132 de ani.

După cum s-a demonstrat anterior, șoarecii cu restricții calorice nu numai că au trăit mai mult, dar au avut și o stare de sănătate mai bună. Incidența tumorilor la șoarecii cu restricție calorică a fost de 38%, în timp ce la șoarecii cu hrană liberă a fost de 78%. Șoarecii cu restricție calorică au, de asemenea, sisteme imunitare mai bune, producție mai mare de enzime hepatice și capacitate superioară de memorie și învățare.

Oricât de încurajatoare ar fi fost toate aceste cercetări, întrebarea a rămas: ce este vorba despre restricția calorică care întârzie îmbătrânirea, precum și apariția bolilor legate de îmbătrânire? Care este mecanismul care stă la baza restricției de calorii care permite animalelor să trăiască mai mult și mai sănătos?

Au fost propuse mai multe teorii cu privire la acest fenomen. O astfel de teorie, numită teoria „uzurii”, propune că îmbătrânirea este rezultatul deteriorării acumulate în timp în țesuturile și organele corpului. Ca urmare a acestor insulte fiziologice acumulate, corpul îmbătrânește și în cele din urmă eșuează (moare). Propusă pentru prima dată de August Weismann în 1882, teoria „uzurii” este susținută de dovezi precum mutațiile genetice crescute în timp (care au ca rezultat cancer), precum și reticularea proteină-proteină și încurcăturile în bolile îmbătrânite, cum ar fi Alzheimer.

Dovezi suplimentare apar din scurtarea telomerilor, care sunt piesele finale genetice ale cromozomilor. Telomerele acționează la fel ca capacele de protecție din plastic situate la capetele șireturilor. Pe măsură ce o celulă se împarte continuu, aceste capete de protecție se scurtează. Odată ce telomerii sunt prea scurți pentru a proteja cromozomul, se crede că celula începe să fie afectată de diviziunea celulară afectată, ceea ce duce la dispariția sa.

Din păcate, a fost dificil să se demonstreze că restricția calorică încetinește uzura corpului. Maimuțele rhesus cu restricții calorice care se aflau în grija lui Weindruch nu păreau să fie mai puțin energice decât omologii lor hrăniți în mod normal. Atunci când profilurile lor metabolice au fost analizate, maimuțele supuse restricției calorice au dovedit că produc la fel de multă energie, dacă nu chiar puțin mai multă decât maimuțele hrănite în mod normal. Aparent, restricția de calorii nu pare să încetinească rata metabolică sau nivelul de energie.

Dar telomerii? Când cercetătorii au analizat lungimea telomerilor atât la oameni, cât și la șoareci, au descoperit că șoarecii au de fapt telomeri mult mai lungi decât oamenii. Cu toate acestea, șoarecii trăiesc în medie 7 ani, iar durata de viață este cu siguranță mai scurtă decât cea a oamenilor. Astfel de date susțin că durata de viață și lungimea telomerilor ar putea să nu fie corelate.

Există, de asemenea, diverse ipoteze care propun că îmbătrânirea este rezultatul unor gene specifice. Primele dovezi directe pentru ipoteza genei au provenit din lucrarea lui Cynthia Kenyon asupra viermelui C. elegans. Când C. elegans a purtat o mutație în gena sa daf-2, a trăit cu aproape 500% mai mult decât omologii săi nemutați, luând-o de la durata de viață normală de 2-3 săptămâni la aproape 2 luni. La om, echivalentul daf-2 este gena factorului de creștere a insulinei (IGF). Atât daf-2, cât și IGF controlează producția de energie în organismele lor respective. La fel, ambele gene s-au dovedit a fi afectate de aportul de calorii.

O altă genă de îmbătrânire candidată afectată de restricția calorică este SIRT1. Această genă, găsită pentru prima dată într-o familie de gene de drojdie numită SIR1, a extins drastic durata de viață a drojdiei atunci când a fost supraexprimată de cercetătorii Matt Kaeberlein și Mitch McVey. În schimb, atunci când gena a fost mutată (și astfel a devenit nefuncțională), durata de viață a drojdiei a fost scurtată.

Pentru o lungă perioadă de timp, funcția exactă a SIRT1 a fost necunoscută. Recent, s-a demonstrat că gena codifică o serie de proteine ​​implicate în producția și utilizarea energiei. Când șoarecii cu mutare SIRT1 au fost expuși restricției calorice, nu numai că rata lor metabolică și nivelul de activitate nu au crescut (așa cum este tipic pentru șoarecii normali supuși restricției calorice), dar restricția calorică, de asemenea, nu a făcut nimic pentru a-și prelungi durata de viață. Astfel, durata totală de viață pare a fi controlată de un subset, sau subseturi, de gene care sunt activate în timpul restricționării caloriilor.

Interesant este că resveratrolul antioxidant, despre care se crede că este factorul cheie în vinul roșu, care are ca rezultat o sănătate generală mai bună și o extindere a vieții, este un activator al SIRT1. Când SIRT1 este activ, unul dintre factorii pe care îi reglează este factorul de șoc termic 1 (HSF1). HSF1 în sine reglează proteinele, numite chaperone, care protejează alte proteine ​​de a nu fi pliate greșit. Deoarece proteinele pliate greșit reprezintă o mare problemă în bolile de îmbătrânire, cum ar fi Alzheimer, Huntington, Parkinson și diabetul cu debut la adulți, resveratrolul a obținut un interes științific și comercial semnificativ. Acest lucru este relevant mai ales în lumina faptului că nivelurile de proteine ​​SIRT1 scad odată cu înaintarea în vârstă.

Superoxidul dismutază (SOD) este o proteină aflată și sub control intens, deoarece s-a constatat că protejează ADN-ul de oxidare și alte stresuri. SOD este un agent de eliminare a radicalilor liberi, neutralizând efectele dăunătoare ale oxidanților, cum ar fi peroxidul de hidrogen. Michael Rose, care are sediul la Universitatea din California din Irvine, a împerecheat multe generații de muște de fructe Drosophila melanogaster și a selectat doar tulpini de lungă durată pentru împerechere și analiză ulterioară. În timp, Rose obținuse un „superfly” care, pe lângă faptul că avea o durată lungă de viață, putea rezista și la diverse insulte fiziologice, cum ar fi radiațiile UV. Aceste muște de lungă durată s-au dovedit a avea niveluri extrem de ridicate de SOD.

„Fântâna” transformată acum într-o fântână.

SOD este prezent și la om și la alte mamifere, iar efectul său protector împotriva radiațiilor și a altor insulte celulare este bine cunoscut. Interesant, în timpul studiilor de cercetare asupra șobolanilor cu restricții calorice, s-a arătat o relație între aportul de calorii și protecția împotriva deteriorării radicalilor liberi. Acest lucru sugerează că numărul total de calorii consumate poate afecta nivelul SOD. Astfel, SOD aduce teoria uzurii într-un cerc complet la restricția caloriilor.

Pe scurt, există multe motive pentru care restricția de calorii are un efect atât de profund asupra longevității. Prin inițierea modificărilor în expresia genelor, corpul care suferă restricții calorice devine capabil să gestioneze stresul consumului redus de calorii. Interesant este că producția totală de energie a corpului nu scade. La fel, nu pare că restricția de calorii conduce corpul într-o stare de „animație suspendată”, în care resursele sale rămân intacte mai mult timp, deoarece nu sunt consumate la fel de repede. Mai degrabă, organismul pare să intre într-o stare protejată, în care daunele nu apar la fel de ușor sau la fel de repede din cauza apărărilor crescute ale stării restricționate de calorii.

Un astfel de răspuns fiziologic sugerează, de asemenea, că durata maximă de viață a unui organism nu poate fi stabilită în piatră, așa cum se credea anterior. Durata de viață poate fi de fapt o stare foarte plastică și capabilă să fie schimbată. Faptul că această schimbare poate avea loc prin restricție de calorii sugerează altceva: fântâna mult-căutată a tinereții se poate afla direct în noi.