Długość życia zmieniana dietą i genami

Paweł Szablewski | 2007-05-18

Długość życia jest jedną z cech zależnych od bardzo wielu genów. Szczególnie dobrze widoczne wydłużanie się długości życia występuje przy zachowaniu odpowiedniej, niskokalorycznej diety. Musi ona dostarczać wszystkich niezbędnych do życia elementów ale jest uboższa w kalorie o 60%. Wpływ ten jest dobrze udokumentowany i wielokrotnie potwierdzany dla różnych gatunków.

Eksperyment powtórzono miedzy innymi na drożdżach, muszkach owocowych, myszach, szczurach, psach, nicieniach. Za każdym razem otrzymywano podobny rezultat wydłużenie życia o około 40% do ponad 100%. Dieta taka przyczynia się także do mniejszej liczby uszkodzeń DNA, białek, rzadszego występowania chorób takich jak nowotwory, choroby serca, miażdżyca, udar mózgu czy cukrzyca.

Pierwsze prace na ten temat przeprowadzono na myszach ponad 70 lat temu. Do tej pory nie było wiadomo z jakimi genami należy łączyć tą zależność. Zagadkę udało się rozwiązać naukowcom z Kalifornijskiego instytutu, Salk Institute for Biological Studies w La Jolla.

Badania przeprowadzono na Caenorhabditis elegans. Bardzo popularnym w różnych badaniach gatunku, około 1 cm długości, nicieni. Z powodu krótkiego cyklu życiowego, średnio 17 dni, często wykorzystywany w badaniach nad starzeniem się organizmu. Wcześniejsze prace udowodniły, że i u tego prostego robaka znacznie zwiększa się długość życia w przypadku głodzenie. Prowadzono także liczne prace nad wykryciem mechanizmów tego procesu.

W wcześniejszych badaniach, z zeszłego roku, zespołowi z Cynthii Kenyon z University of California w San Francisco udało się powiązać geny podejrzewane o wydłużanie życia z zwalczaniem nowotworów. W tym celu sprawdzono kilka genów związanych z gospodarka cukrami w organizmie, które dawały ten sam efekt. Na przykład sprawdzono gen daf-2, którego blokowanie potrafiło wydłużyć długość życia robaków z 17 do 35 dni. W tym przypadku najpierw wyłączano gen gld-1 hamujący rozrost nowotworów gonad. Doprowadzało to do szybkiego rozwoju nowotworów. U normalnych osobników skracało to długość życia z 17 dni do 9 dni. Gdy ten sam eksperyment powtórzono, przy jednoczesnym zablokowaniu genu daf-2, nicienie dożywały 35 dni życia mimo występowania guzów rakowych. Guzy te były także o połowę mniejsze niż u niezmienionych osobników. Gen daf-2 odpowiedzialny jest za gospodarkę insulina. Natomiast z wcześniejszych badań wiadomo o wolniejszym rozroście guzów przy niskim poziomie insuliny. W tym przypadku ciekawe jest jednoczesne powiązanie ich z długością życia robaków.

Tym razem naukowcy w pierwszym etapie badań skupili się na białku DAF-16. Jest ono związane z związkami insulinopodobnymi. Łączą się one z różnymi receptorami na komórkach uruchamiając lub blokując procesy wewnątrzkomórkowe. W trakcie prac okazało się jednak, iż białko to ma bardzo mało znaczący wpływ na długość życia, a dużo istotniejsze jest SMK-1. Oprócz tych dwóch dla nicieni znanych jest jeszcze kilkanaście innych podobnych białek związanych z długością życia.

Chcąc sprawdzić ich znaczenie postanowiono zbadać czy są związane z białkiem SMK-1. W tym celu wyprodukowano osobniki z nieaktywnymi genami odpowiedzialnymi za produkcję poszczególnych białek. Następnie poddano je restrykcyjnej diecie. Szczególnie ciekawe okazało się białko PHA-4. Osobniki z nieaktywną formą genu odpowiedzialnego za jego produkcję okazały się niewrażliwe na dietę. Żyły podobnie długo, co żywione normalnie. W kolejnym eksperymencie stworzono nicienie produkujące więcej białka PHA-4 niż inne osobniki. U nich wydłużający życie efekt diety był znacznie silniejszy. Eksperyment ten ostatecznie potwierdził znaczącą rolę tego genu dla wydłużania życia przy zastosowaniu niskokalorycznego żywienia.

Chociaż prace prowadzono na prostym gatunku nicieni, wydaje się, że odpowiednie relacje mogą występować u innych gatunków. Na przykład u ludzi występują trzy podobne białka insulinopodobne do PHA-4. Związane są one z produkcją glukagonu, hormony trzustkowego, podobnego w działaniu do insuliny. Reguluje one procesy metaboliczne poprzez wpływanie na poziom cukru w krwi. Naukowcy domniemają, że w przyszłości zamiast stosować wydłużająca życie restrykcyjną dietę może będzie wystarczało zażyć pigułkę zwiększającą ilość, któregoś z białek podobnych do PHA-4.

Inne badania sugerują znaczącą zdolność naszego organizmu nad samoregulacją w tym procesie. Badania przeprowadzone przez badaczy z Pennington Biomedical Research Center. Ograniczenie grupie badanych osób ilość spożywanych kalorii o 25%, w ciągu 6 miesięcy, doprowadziło do zmniejszenia zapotrzebowania całego organizmu na energię. Sugeruje to znaczne zwiększenie wydajności procesów metabolicznych organizmu.

Badania te wykazały jednocześnie wpływ nadmiernej liczby kalorii i braku ruchu na zmniejszenie efektywności produkcji energii i zwiększeni liczby powstających wolnych rodników przyspieszających procesy starzenia. W badaniach tych wykazano także wzrost aktywności genu sirt-1, który u innych gatunków wiązany jest z wydłużaniem życia.

Inny eksperyment przeprowadzony przez Bruno Conti ze Scripps Research Institute w La Jolla w Kalifornii. Rozregulowano w podwzgórzu myszy działanie genu ucp-2. Doprowadziło do podwyższenia temperatury podwzgórza. Znajdujący się tam czujnik temperatury ciała dał się oszukać obniżając temperaturę całego ciała o 0.3-0.5 stopnia Celsjusza. Obniżyło to metabolizm zwierząt wydłużając ich życie o 12, a nawet 20%. Sugerowałoby to wpływ temperatury ciała (tempa metabolizmu) na długość życia, a nie diety. Należy pamiętać, że restrykcyjna dieta także prowadzi do obniżenie temperatury ciała i tempa metabolizmu.

Jeśli miało by to być wyjaśnieniem zagadek diety i długości życia, wszystkie te nowoczesne metody prowadziłyby do jednaj z najstarszych prawd życiowych, a właściwie jej odwrotności "Żyć szybko, by umrzeć młodo".

Jednak dla osób chcących przejść na taką dietę, ważne jest skontaktowanie się z dobrym specjalistą. Musi ona być nie tylko uboższa w kalorie ale i pełnowartościowa, dostarczająca wszystkie niezbędne składniki dla naszej formy życia. Musi być także stosowana bardzo ostrożnie. Zbytnie obniżenie wagi ciała zamiast wydłużać życie bardzo szybko je skraca. Zwierzęta laboratoryjne poddawane rygorystycznej diecie często stawały się ospałe, miały kłopoty z rozmnażaniem, przy najbardziej rygorystycznych dietach (najsilniej wydłużających życie) pojawiały się dodatkowo kłopoty z poruszaniem, wzrokiem, wadliwym funkcjonowaniem mięśni, niektórych narządów.

Źródła:
- Eurekalert.org, 2007.05.02, Salk researchers discover first gene that specifically links calorie restriction to longevity.
- Nature.com, 2006.11.02, Cool mice live longer.
- Nature.com, 2006.08.17, Longevity genes fight back at cancer.

Komentarze

ortografka | 2007-05-19 00:00:00
Ludzie, trochę więcej uwagi dla formy. Tempo - Biernik: tempa a nie tępa.

---
Racja, koszmarny ortograf, dziękuję, już poprawione.

R | 2007-05-21 00:00:00
Z ostatniego akapitu to właściwie wynika, że nie warto sobie głowy zaprzątać taką dietą :)

Ja dodam parę słów od siebie w tym temacie. Taka dieta, jaką stosowano u badanych organizmów, nazywa się restrykcją kalorii. Jest całe mnóstwo hipotez tłumaczących, jak dokładnie działa restrykcja kalorii (podobnie jak istnieje całe mnóstwo hipotez tłumaczących starzenie się, co warte odnotowania, bo po artykule możnaby odnieść mylne wrażenie, że wszystko to tylko geny, geny, geny...). I jedną z takich hipotez jest tzw. hipoteza hormezy. Jest to najmłodsza, a zarazem najbardziej obiecująca z istniejących hipotez (chyba że cos się zmieniło w tej kwestii odkąd ostatnio się zajmowałem tematem ;)).

Termin "hormeza" oznacza zjawisko polegające na tym, że pewne substancje - które podawane w nadmiarze są szkodliwe - w małych ilościach mogą mieć dobroczynne skutki. I choć może trudno w to uwierzyć, to ta koncepcja ma już prawie 65 lat. Czyli hormeza działa trochę (a nawet bardzo) na zasadzie "co cię nie zabije, to cię wzmocni".

Jak to się ma do restrykcji kalorii? Otóż hipoteza hormezy mówi, że restrykcja kalorii powoduje niewielki szok organizmu, na który organizm odpowiada w taki sposób, jakby ten szok wcale nie był taki niewielki. Uruchamia w ten sposób procesy, które chronią komórki w sytuacjach stresu (zresztą w ogóle "stres" jest tutaj słowem-kluczem). A ponieważ starzenie stresujacym jest - i nie jest to tylko wyrażenie literackie, lecz znajduje swoje odniesienie wśród licznych wspomnianych teorii dotyczących starzenia się - więc procesy te chronią organizm także przed starzeniem.

No i na koniec radosna puenta - otóż rozważano wytworzenie substancji, które mogłby naśladować działanie restrykcji kalorii. Chociażby po to, żeby nie musieć stosować takich drakońskich metod, jak dieta ograniczona o 60%, w celu przedłużenia życia. Byłyby to tabletki młodości :) A tu nagle - bęc, jabłko spadło paru panom z Harvardu na głowę i okazało się, że nic nie trzeba produkować - natura robi to już za nas. Zresztą była o tym już kiedyś mowa w portalu, o ile mnie pamięć nie myli.

Panowie z Harvardu zrobili przegląd takich związków produkowanych przez rośliny, wybrali kilkanaście i przeprowadzili odpowiednie badania. Największą aktywność biologiczną wykazał osławiony resweratrol - dobroczynny składnik czerwonego wina, ale także niektórych ziół (to informacja dla abstynentów :)).

I teraz pytanie do publiczności: po co się głodzić, skoro wystarczy kieliszek czerwonego wina do obiadu?

Paweł | 2007-05-22 00:00:00
Jeśli z artykułu wychodzi, że tylko geny są odpowiedzialne za długość życia to bardzo przepraszam. Nie to było moim zamiarem.
Oczywiście jest to także cała gama innych czynników. Zależnych od środowiska, w którym żyjemy, jak żyjemy jak i zwykły przypadek.
Natomiast jeśli chodzi o resweratrol. Po pierwsze jego działanie też jest chyba w jakiś sposób związane z genami? Po drugie nie znam badań ani z resweratrolem, ani z czerwonym winem, ani z innym czynnikami, które dałyby tak wyraźne wydłużanie życia jak restrykcyjna dieta, czy obniżenie temperatury ciała.

R | 2007-05-23 00:00:00
To ja się jeszcze trochę powymądrzam :)

Otóż właściwie dla każdego poziomu biologicznego istnieją niezależne teorie tłumaczące starzenie się. Teorie ewolucyjne tłumaczą je np. brakiem presji selekcyjnej u starszych organizmów albo efektami plejotropowymi - geny przydatne w młodości na starość mogą nam szkodzić (i proszę tu nie mówić mi, że miało nie być o genach, bo to nie o taką rolę genów w procesie starzenia chodziło ;)). Na poziomie komórkowym starzenie się tłumaczone jest m.in. za pomocą teorii telomerów, znanej i lubianej przez wszystkich zainteresowanych np. apoptozą. Na poziomie systemowym wyjaśnień szuka się w teoriach neuroendokrynnych - czyli mówiących, że starzenie się wynika ze zmian w homeostazie neurohormonalnej organizmu, a wreszcie na poziomie molekularnym tłumaczy się ten proces najczęściej istnieniem genów, które regulują rozwój i starzenie się.

Co do obniżania temperatury - jest to także powodowane przez restrykcję kalorii (poza sztucznych mrożeniem biednych gryzoni). Istnieją zdaje się dowody doświadczalne, których jednak nie przytoczę, na to, że restykcja kalorii obniża także częstość mutacji. Tak wygląda jedna z hipotez tłumaczących, jak działa restrykcja kalorii. To znaczy właściwie to są jej mocne punkty. Słabe punkty to z drugiej strony to, że restrykcja nie obniża tempa metabolizmu ani częstości mutacji w mitochondriach. A jak pisałem wcześniej najbardziej obiecującą hipotezą jest jednak - będę trwał w tej opinii do samego końca, mojego lub jej, lub do nowych wyników :) - hipoteza hormezy. Ale ona też oczywiście ma słaby punkt - mianowicie nie została jeszcze całkowicie dowiedziona dla ssaków. Co nie przeszkadza mi osobiście w popijaniu wina od czasu do czasu.

Prawie na koniec - działanie resweratrolu jest niewątpliwie związane z genami. Na dobrą sprawę wszystkie teorie starzenia się, jak i teorie dotyczące restrykcji kalorii, są w jakiś sposób związane z genami. Chodzi tylko o to, żeby rozgraniczyć dwie sprawy - są geny, które reguluja starzenie się i to jest ich funkcja. A są geny, które mają wpływ na starzenie się, chociaż to ich funkcją nie jest. Dla przykładu, weźmy gen na kolor oczu (kiepski przykład, bo to chyba jest akurat cecha kodowana przez wiele genów, ale uzyjmy tego jako modelu i załóżmy, ze to tylko jeden gen). Powiedzmy, że ten gen koduje jakieś białko, które ulega ekspresji tylko w oku. Im jesteśmy starsi, tym bardziej spada dokładność ekspresji tego genu i tym częściej to białko powstaje w formie patologicznej. Załóżmy, że patologia polega na tym, że białko staje się nierozpuszczalne (tak się rozwija np. Alzheimer). Wówczas molekuły tego białka agregują ze sobą, tworząc kompleksy białkowe, które nie dość, że nie pełnią już swojej biologicznej funkcji, to np. mogą blokować system degradacji białek np. przez jego wysycenie. Powiedzmy, że skutkiem tego wszystkiego właściciel tego genu traci na starość wzrok. Czy utrata wzroku to skutek działania tego genu? Nie. Ale nie można powiedzieć, że z genami nie miała nic wspólnego. I tak właśnie jest z resweratrolem.

I już na pewno na koniec :) Resweratrol to mimetyk restrykcji kalorii. To znaczy, że jego przyjmowanie naśladuje działanie tej diety. Nie wiem, jak zaawansowane są badania w tej kwestii. Ale wiem na pewno, że już w tym tysiącleciu pojawiły się publikacje pokazujące związek między działaniem resweratrolu i mechanizmami restrykcji kalorii.

To sobie popisałem, a teraz wracam do pracy. Pozdrawiam :)

Paweł | 2007-05-24 00:00:00
Jeśli pojawiły się już publikacje o związku w działaniu resweratrolu i mechanizmami restrykcji kalorii na wydłużanie życia, jeśli dają podobny rezultat, to może to jest jedno i to samo tylko ruszane z różnej strony?

sirt | 2007-06-01 00:00:00
parę łącz:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=pubmed&cmd=Retrieve
&dopt=AbstractPlus&list_uids=17112576&query_hl=2&itool=pubmed_docsum

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=pubmed&cmd=Retrieve
&dopt=AbstractPlus&list_uids=17086191&query_hl=3&itool=pubmed_docsum

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve
&db=pubmed&dopt=Abstract&list_uids=15681027&query_hl=23&itool=pubmed_docsum

Łącza do innych naukowych, raczej niż popularnych:
http://www.sirtrispharma.com/Science/ScienceLinks/tabid/3731/Default.aspx