Возможно, в будущем продолжительность нашей жизни значительно увеличится. Некоторые депутаты высказывают идеи о продлении молодости до 60 лет, и, возможно, это не такая уж и безумная мысль. По крайней мере, если у медиков действительно появятся технологии, позволяющие достичь долголетия.
И, похоже, такие технологии уже существуют. В ходе совместной работы с международными коллегами специалисты БФУ обнаружили участок человеческого генома, который играет ключевую роль в продолжительности жизни и способствует «здоровому старению». Согласно полученным данным, этот фрагмент митохондриальной ДНК непосредственно связан с развитием «старческих» заболеваний мышечной и нервной ткани. Результаты этой работы могут стать основой для создания методов, направленных на подбор «третьего родителя» для будущего потомства. Это позволит обеспечить ему долгую и здоровую жизнь. Полученные данные были представлены на сайте bioRxiv.
В организме млекопитающих существует несколько видов молекул ДНК, различающихся по своей структуре и функциям. Одним из таких видов является митохондриальная ДНК (мтДНК), небольшой фрагмент которой располагается не в ядре клетки, где находится основной генетический материал, а в митохондриях — органеллах, отвечающих за снабжение клетки энергией. Как объяснили специалисты БФУ, мтДНК образует замкнутую кольцевую структуру, напоминающую генетический материал бактерий.
Основной гипотезой возникновения этой ДНК в организме человека является предположение о древнем симбиозе между прокариотом (одноклеточным организмом без выраженного ядра, например, бактерией) и эукариотической клеткой животного. Последовательность нуклеотидов в митохондриальной ДНК, в отличие от ядерной, не определяется обоими родителями, а передается в неизменном виде от матери. В результате химическое разнообразие в этой небольшой молекуле (состоящей из нескольких десятков генов) значительно меньше, чем в ядерной ДНК.
Специалисты предложили представить классификацию групп по составу митохондриальной ДНК в виде дерева, где ветвями являются современные группы людей, а корнем — «митохондриальная Ева».
В этой кольцевой молекуле существуют «скользкие места», где молекулярная машина, ответственная за копирование ДНК, может «спотыкаться» и «перескакивать» на другой похожий фрагмент. В результате часть информации теряется, и молекула становится короче и «сломанной».
Один из авторов работы, старший научный сотрудник Центра геномных исследований БФУ, объяснил, что «неправильные» молекулы митохондриальной ДНК возникают во всех человеческих организмах, независимо от пола, образа жизни и возраста. Накопление «ошибок» происходит в тканях, которые не подвергаются постоянному клеточному обновлению, например, в мышцах и нейронах.
Укорачивание митохондриальной ДНК превращает ее из «доброй» в «злую». Этот процесс происходит при наличии в молекуле одинаковых по последовательности нуклеотидов фрагментов, которые расположены на некотором удалении друг от друга (повторы). Если эти повторы абсолютно идентичны, то молекулярная машина, копирующая ДНК, может перескочить с одного повтора на другой, «вырезав» часть информации посередине.
Когда внутри клетки накапливается «критическая масса» молекул мтДНК без фрагмента генетического материала, хозяйская клетка погибает, и развиваются заболевания опорно-двигательного аппарата и нервной системы, которые существенно ухудшают качество жизни человека. Однако издревле было известно, что некоторые люди доживают до 100–120 лет, сохраняя при этом ментальное и физическое здоровье.
Коллектив ученых из БФУ, МГУ, ряда институтов Российской Академии наук и медицинских вузов совместно с коллегами из Австрии, Германии, Швейцарии, Японии и США выявил, что митохондриальные ДНК долгожителей отличаются от мтДНК обычных людей. Эти мтДНК содержат изменения в химическом составе самого «скользкого» места длиной в 13 нуклеотидов — оно перестает быть «скользким», и «копировальная машина» мтДНК с большей вероятностью правильно производит дочернюю молекулу.
Было показано, что изменение даже одной «буквы» из 13 в повторе на другую в десять раз снижает вероятность проскальзывания и образования делеции — генетической перестройки, при которой происходит потеря участка хромосомы. Одной из причин долголетия некоторых ветвей развития митохондриального древа может быть именно этот факт — отсутствие длинных повторов, считают специалисты.
«Мы провели исследование генетического материала в митохондриях ветви D4A, представители которой живут в Японии и Китае. Их вариант «скользкого» места оказался не таким, как у других групп: один из двух повторов в мтДНК содержит замену нуклеотида, что делает два повтора не идеально похожими друг на друга, что оказывается достаточным для отсутствия проскальзывания», — рассказал учёный.
Специалист пояснил, что это можно сравнить со скороговоркой. Сложно без ошибок произнести фразу "шла Саша по шоссе и сосала сушку", а при замене "шоссе" на "дорогу" вероятность запинки снижается.
"У долгожителей в мтДНК "дорога" и "Александра", а не "шоссе" и "Саша". Это и обуславливает меньшую хрупкость генетического материала, способствует более здоровому старению и долгой жизни", — объяснил Попадьин.
Специалисты видят одно из возможных практических применений полученных данных в митохондриальной медицине, которая появилась около 20 лет назад. В этой области более здоровые митохондриальные ДНК (мтДНК) переносят в ткани или даже в яйцеклетки с менее здоровыми мтДНК.
Долгожители могут рассматриваться как универсальные доноры мтДНК, так как они не только не имеют больных вариантов, но и способны обеспечить более долгую жизнь с меньшим риском нарушений в нервной и мышечной системах организма.
"Мы предлагаем использовать материал долгожителей с отсутствием повторов в мтДНК в качестве потенциальных третьих родителей в случае необходимости митохондриального переноса. Это может быть необходимо, когда у матери ребёнка в мтДНК присутствуют вредные мутации. В таком случае вторая мама, выступающая в роли донора мтДНК, сможет обеспечить будущему ребёнку более здоровую и продолжительную жизнь. В некоторых странах такие процедуры уже проводятся", — сообщил Попадьин.
