Как увеличить теломеры

Всемирная организация здравоохранения прогнозирует, что к 2050 году не менее 30% жителей Земли составят люди старше 60 лет. Население стареет не только в развитых странах «золотого миллиарда»: те же процессы наблюдаются в Китае, Индии и Бразилии… Конечно, содержание пожилых людей ложится тяжким бременем на бюджеты стран, поэтому сегодня многие государства поставили себе задачу делать все возможное, чтобы люди достигали преклонных лет бодрыми, активными и здоровыми.

Старение – длительный и сложный процесс угасания физиологических функций организма. С точки зрения биологии, это постепенное накопление нарушений и повреждений в организме на уровне молекул, клеток и тканей. У разных людей этот процесс проходит с различной скоростью, и исследователи решили выяснить, от чего зависит скорость биологического старения. Одна из наиболее популярных сегодня теорий — теломерная теория старения.

Теломеры – это концевые участки молекулы ДНК, выполняющие защитную функцию. При каждом очередном делении ДНК теломеры укорачиваются. По мнению ученых, это и является одной из важнейших причин биологического старения организма.

Специалисты по геронтологии из Университета Дюка (США) провели долгосрочное исследование группы добровольцев. Ученые зафиксировали основные физиологические показатели, когда испытуемым было 26 лет, и замерили их снова, когда участникам группы исполнилось 38.

Исследование показало, что у многих участников биологический возраст отличался от хронологического в ту или иную сторону. Но важнейший его вывод – от наследственности в вопросе скорости биологического старения зависит всего 20%. Остальные 80% объясняются внешними факторами: уровнем стресса, физической подготовкой и обязательно рационом питания.

«Ученые пришли к выводу: чтобы замедлить процесс старения, начинать следить за питанием и вести здоровый образ жизни необходимо как можно раньше. Неправильное питание в молодости приводит к необратимым структурным и клеточным изменениям, ведущим к повреждению ДНК, в частности, к укорачиванию теломеров. А что такое неправильное питание? Например, мало кто знает, что такое трансжиры, а они очень опасны и могут состарить вас намного раньше, так же как и избыток насыщенных жиров в вашем рационе», – говорит глава НИЦ «Здоровое питание» профессор Олег Медведев.

Вопрос о связи длины теломеров с биологическим возрастом еще не решен до конца, исследования продолжаются. В то же время все ученые сходятся на том, что здоровый образ жизни, правильное питание и физическая активность продлевают годы телесного и умственного здоровья человека. В то же время, вредная пища и нездоровые привычки не только сокращают общую продолжительность жизни, но и увеличивают риск развития возрастных заболеваний: онкологических и сердечно-сосудистых болезней, диабета второго типа и болезни Альцгеймера. Они превращают «золотой возраст» человека в процесс борьбы с болезнями, часто мучительный.

Сегодня в борьбе с возрастными заболеваниями намечены три главных направления: диета, генетика и лекарственное лечение. И диета не зря стоит на первом месте. Уже довольно долгое время ученые изучают изменения на молекулярном уровне физиологических процессов, которые возникают в организме под воздействием диет.

«Основные выводы ученых можно свести к следующему: положительно воздействуют на длину теломеров продукты, богатые антиоксидантами (зелень, овощи, орехи и семена), а среди жиров рекордсменами стали полиненасыщенные жирные кислоты омега-3 – вид ненасыщенных жиров, показанный для долгожителей», – добавил Олег Медведев.

Влиянию потребления жиров на длину теломеров было посвящено отдельное исследование. Выяснилось, что избыточное общее потребление жиров, в особенности насыщенных, приводит к сокращению теломеров. В то же время полиненасыщенные жиры омега-3, в том числе содержащиеся в морепродуктах, защищают теломеры от укорачивания. Отрицательно влияет на длину теломеров потребление продуктов из рафинированной муки, мяса, а также излишек сахара в рационе.

Гуанин, основной компонент теломеров, обладает повышенной чувствительностью к свободным радикалам, поэтому мощным инструментом борьбы с сокращением теломеров является потребление продуктов, богатых антиоксидантами: свежей зелени и овощей.

В рационе обязательно должны присутствовать орехи и семена: главная задача плотной семенной оболочки – защитить ДНК растения от воздействия свободных радикалов, и с защитой человеческих теломеров она тоже справляется. А полезные ненасыщенные жиры, которые содержатся в семечках, помогут восстановиться после излишнего потребления животной пищи.

Изучая воздействие различных пищевых продуктов на биологическое старение, ученые пришли к выводу: сбалансированный рацион работает лучше, чем отдельные виды продуктов, его составляющие.

Таким рационом, сочетающим практически все, что благоприятно воздействует на длину теломеров, оказалась средиземноморская диета. Она богата источниками полиненасыщенных жирных кислот и антиоксидантами: растительными маслами, в первую очередь оливковым, рыбой и морепродуктами, свежей зеленью и орехами.

Среди пищевых продуктов, обладающих доказанной способностью продлить здоровье и долголетие, ученые называют бананы – источник калия, защитника сердечно-сосудистой системы; малину, стимулирующую нормальное клеточное деление; цитрусовые, киви и гранаты как прекрасный источник витамина С; благоприятно влияющую на память и когнитивные способности чернику. Замена в рационе сливочного масла или сыра на авокадо значительно снижает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Содержащийся в помидорах ликопен защищает организм от онкологических болезней. Кроме того, томаты – богатый источник антиоксидантов.

Так что правильное питание продлевает жизнь и позволяет отсрочить наступление старческих изменений в организме — в этом ученые уже не сомневаются.

В наших клетках работает счетчик, отсчитывающий время их жизни, это теломеры – защитные «колпачки» на концах хромосом, которые укорачиваются при каждом делении клетки. Теломеры состоят из последовательности нуклеотидов, которая «недочитывается» при каждом последующем делении и поэтому становится все короче. Теломеры могут надстраиваться – это умеет делать фермент теломераза , но она активна только в стволовых и в раковых клетках. За открытие работы теломеразы Элизабет Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак в 2009 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Теломеры считают показателем старения, «термометром для измерения возраста».

Существует множество исследований, в которых длину теломер связывают с биологическим возрастом и предрасположенностью к разнообразным заболеваниям включая рак, инсульт, деменцию, сердечно-сосудистые заболевания, диабет.

Разработан даже тест для оценки потенциала здоровья по длине теломер.

В общем, чем длиннее теломеры в клетках, тем больше у человека потенциал долголетия и здоровья. Но удлинять теломеры, активизируя фермент теломеразу, задача небезопасная, так как она связана с риском перерождения клетки в раковую.

Поэтому результаты, полученные учеными Калифорнийского университета в Сан-Франциско и опубликованные в журнале The Lancet Oncology, выглядят удивительно. Исследователи показали, что теломеры могут удлиниться очень простым способом, без всяких биохимических воздействий – всего лишь изменением образа жизни.

Реклама

Рецепт удлинения: правильная диета, физическая активность, контроль стресса и социальная поддержка.

«Люди часто думают: у меня плохие гены, и я ничего не могу с этим поделать, это моя судьба, — говорит Дин Орниш, профессор клинической медицины, руководитель исследования. – Но наша работа показала, что теломеры могут удлиняться, когда люди просто меняют свой образ жизни. А длинные теломеры означают меньше болезней и долгую жизнь».

В течение пяти лет специалисты наблюдали за 35 мужчинами с локализованной раковой опухолью простаты, находившейся на ранней стадии. В ходе исследования у них измеряли длину теломер и оценивали активность теломеразы.

10 пациентов из 35 изменили образ жизни. Они включили в свой рацион много овощей и фруктов, зерновые продукты, уменьшили количество жиров и сахара. Занялись физическими упражнениями или просто ходили не менее 30 минут в день. Приняли меры к тому, чтобы научиться контролировать стресс, чему помогала йога, медитация. Пациенты также посещали сеансы групповой терапии, где получали социальную поддержку.

Другие 25 человек не внесли никаких изменений в свой образ жизни.

Результаты удивили даже исследователей – в группе пациентов, перешедших на здоровый образ жизни, за пять лет теломеры удлинились в среднем на 10%. Причем, чем больше изменений произошло в образе жизни, тем длиннее стали теломеры.

В то же время в контрольной группе пациентов теломеры за пять лет жизни, наоборот, укоротились примерно на 3%.

Ученые считают, что этот феномен не ограничивается только пациентами с раком простаты, но должен распространяться и на всех остальных людей.

В предыдущем исследовании, которое было проведено в 2008 году, участники меняли образ жизни всего лишь на три месяца, и за это время ученые обнаружили в их клетках повышение активности теломеразы. Теперь же этот эффект удалось повторить на большем отрезке времени.

«Поскольку укорачивание теломер увеличивает риск развития множества хронических болезней, — говорит участник исследования Питер Кэррол, — мы полагаем, что удлинение теломер может предохранять от этих болезней и, возможно, увеличивать продолжительность жизни».

1 минута

Американские ученые провели эксперимент, который продемонстрировал возможность наращивать концевые участки хромосом – теломеры – без каких-либо рисков. Результаты исследования опубликованы в журнале The FASEB Journal.

Теломеры, защищающие от слипания концевые участки хромосом, укорачиваются с каждым делением клетки. Длина этих концевых участков ДНК непосредственно связана с биологическим возрастом человека и является одним из факторов старения. Фермент теломераза способна достраивать и удлинять теломеры, однако активна она в основном в стволовых, половых и злокачественных клетках, а в большинстве взрослых клеток ее функция заблокирована. Последние исследования уже показали, что здоровый образ жизни и средиземноморская диета замедляют укорочение теломер, а употребление сладких газированных напитков, напротив, способно ускорять старение клеток.

Теперь научные сотрудники Стэнфордского университета разработали новую технологию, которая использует модифицированную РНК, несущую ген теломеразной обратной транскриптазы (TERT). Как показали результаты исследования, введение таких РНК в культуру человеческих клеток кожи повышает активность теломеразы на 24-48 часов, за которые теломеры быстро удлиняются. По окончании этого времени РНК распадается. Обработанные таким образом клетки ведут себя как молодые и делятся в десятки раз больше, чем клетки контрольной группы.

«Мы нашли новый способ, который позволяет удлинять теломеры человека на тысячу нуклеотидов, а значит, потенциально продлить его жизнь на многие годы, – сказала ведущий автор исследования Хелен Блау (Helen Blau).– Кроме того, эта методика поможет значительно увеличить продолжительность жизни культивируемых клеток, необходимых для тестирования препаратов и моделирований заболеваний человека».

Ученые отметили, что постепенное и поэтапное удлинение теломер намного безопаснее других аналогов. Неконтролируемое деление клеток в теле человека связано с высоким риском развития онкологических заболеваний, поэтому временный эффект новой технологии является ее преимуществом. «Проведенный нами эксперимент стал первым случаем в истории биомедицины, когда введение модифицированной РНК не привело к иммунному ответу против теломеразы», – заметили авторы в пресс-релизе. В будущем разработанный метод может лечь в основу лечения генетических заболеваний, ускоряющих процесс старения организма, а также в основу технологий продления жизни.

Учёные веками пытаются понять, от чего зависит продолжительность жизни человека, и как можно её увеличить. Генетики исследуют ДНК долгожителей, медики изучают способы борьбы с возрастными заболеваниями, а недавно учёные даже выявили необычное влияние Солнца на продолжительность жизни человека. Тем не менее, единственным неоспоримым фактом в биогеронтологии является зависимость процессов старения организма от состояния теломер — концевых участков хромосом. Чем последние крупнее, тем дольше и лучше будет жить человек.

Прежде учёные уже демонстрировали, что здоровый образ жизни позволяет удлинить теломеры и, следовательно, продлить жизнь пациента. Однако теперь команда из Стэнфордского университета показала, как можно использовать медицинское вмешательство извне для непосредственного увеличения концевых участков хромосом.

Исследователи провели эксперимент, в ходе которого культивировали человеческие клетки и увеличили их теломеры. В результате основная группа клеток дольше вела себя как молодая, размножаясь внутри чашки Петри, тогда как контрольная группа, на которой не испытывали новую методику, быстро начала стареть и увядать.

Новая технология включает в себя использование модифицированной РНК и позволяет культивировать большее количество клеток для проведения экспериментов по испытанию лекарственных препаратов. Клетки кожи с удлинёнными теломерами учёные смогли поделить (на две новые клетки) в 40 раз больше, чем обычные клетки, не подвергавшиеся терапии. В случае с мышечными клетками культура увеличилась втрое по сравнению с контрольной группой.

В рамках предыдущих исследований учёные установили, что теломеры у молодых людей имеют длину, эквивалентную 8-10 тысячам нуклеотидов. По мере взросления и старения эти «колпачки» сокращаются и в какой-то момент достигают критической длины — именно тогда клетка прекращает делиться и отмирает.

«Мы нашли новый способ, который позволяет удлинить человеческие теломеры на целую тысячу нуклеотидов, а значит, фактически, повернуть время вспять. Наша разработка важна не только для исследований в области биогеронтологии, но и для биологов по всему миру, которые работают с клеточными культурами, поскольку данная методика позволяет значительно увеличить продолжительность жизни культивируемых клеток», — говорит ведущий автор исследования Хелен Блау (Helen Blau), профессор микробиологии и иммунологии в Стэнфорде.

Модифицированная РНК, которая является основным инструментом новой технологии, переносит инструкции из генов ДНК в «белковые фабрики» клеток. РНК, использованная в стэнфордском эксперименте, содержала последовательность, кодирующую каталитическую субъединицу TERT, активный компонент природного фермента теломеразы (не путать с теломерами!).

Теломераза создаётся в стволовых клетках, в том числе и тех, что отвечают за развитие сперматозоидов и яйцеклеток. Этот процесс даёт биологические гарантии того, что следующее поколение будет обеспечено здоровыми клетками с максимально длинными теломерами. Большинство других типов клеток, однако, экспрессируют гораздо меньшее количество чудодейственного фермента теломеразы.

Разработанная стэнфордскими учёными технология имеет важное преимущество перед другими потенциальными методами — методика имеет временный эффект. На первый взгляд, кажется, что это не плюс, а минус. Но дело в том, что неконтролируемое деление клеток в теле человека связано с огромным риском быстрого развития рака. Блау и её коллеги отмечают в пресс-релизе, что постепенное и поэтапное удлинение теломер гораздо безопаснее любых других аналогов.

Мышцы пациента с дистрофией Дюшенна, которую потенциально можно излечить при помощи новой методики

Модифицированная РНК в данном случае предназначена для снижения иммунного ответа клетки на лечение и позволяет TERT-кодирующему сигналу длиться дольше, чем обычно. Однако сама РНК исчезает уже через 48 часов, по истечении которых удлинённые теломеры вновь начинают постепенно сокращаться с каждым новым этапом деления клетки.

«У нашей методики есть ещё одно важное преимущество. Проведённый нами эксперимент стал первым случаем в истории биомедицины, когда введение модифицированной РНК не привело к иммунному ответу против теломеразы. Таким образом, в отличие от других технологий наша является неиммуногенной. Без дополнительных рисков мы научились оборачивать вспять процессы старения, которые протекают на протяжении более чем десяти лет в здоровом организме», — рассказывает Блау, чья статья вышла в издании FASEB Journal.

Учёные также сообщают, что новая методика может лечь в основу не только технологий продления жизни здоровых людей, но и терапий, предназначенных для лечения многих генетических заболеваний.

К примеру, Блау заметила, что длина теломер у пациентов с мышечной дистрофией Дюшенна заметно меньше, чем у представителей контрольной группы. Таким образом, учёные с помощью своей методики смогут выращивать дополнительные мышцы с длинными теломерами, которые помогут излечить тяжёлый недуг.

Лауреат Нобелевской премии, биолог, президент Института биологических исследований Солк в Ла-Хойя (Калифорния) Элизабет Блэкберн вместе с психологом Элиссой Ипел опубликовала книгу про то, как продлить свою жизнь, удлинив теломеры ( структуры на концах хромосом, которые играют ключевую роль в клеточном старении). Основная мысль книги «Эффект теломеры» в том, что вы можете взять под контроль старение в большей степени, чем представляете.

Как только Нобелевская премия была вручена за исследование теломер, учёные занялись поиском средства для их удлинения, в том числе разрабатывая различные препараты. По мнению Э. Блэкберн, не надо ждать чудо-пилюлю. Можно обойтись и без неё.

Выводы учёной: надо просто не курить, хорошо питаться, достаточно спать, регулярно заниматься спортом и бороться со стрессом. Это и удлинит теломеры.

«Теломеры слушают вас, слушают ваше поведение, ваше умственное состояние», — утверждает Э. Блэкберн. Она объясняет, что теломеры находятся на концах цепочек ДНК, как защитные колпачки на шнурках. Стресс от грубого образа жизни приводит к сокращению этих колпачков, в результате чего клетки однажды перестанут делиться и будут умирать. И эти стареющие клетки ускоряют старение человека очень сильно. Причём они не приводят к конкретным заболеваниям, но исследования показывают, что они приближают время, когда любые гены, которые могут спать у вас в банке, начнут заявлять о себе. «Поэтому если вы уязвимы к болезням сердца, скорее всего, вы получите их тем раньше, чем ваши теломеры будут короче, — говорят учёные. — Мы можем обеспечить новый уровень конкретики и сказать людям более точно, благодаря фактам, пришедшим из науки о теломерах, как именно упражнения связаны с длинными теломерами, какие именно продукты связаны с длинными теломерами и как сон влияет на длинные теломеры».

Исследователи в области теломер высоко оценили усилия коллег по ознакомлению широкой общественности с понятием теломер, хотя предупреждали, что они рискуют упростить научный подход.

«Думаю, это очень трудно: убедительно доказать, что образ жизни может влиять на длину теломер и, следовательно, на продолжительность жизни, — говорит гарвардский генетик и исследователь в области омоложения Дэвид Синклер. — Вывести причинно-следственные связи в организме человека невозможно, поэтому всё построено на ассоциациях».

Короткие теломеры увеличивают вероятность того, что клетки будут стареть и производить молекулы, приводящие к воспалению, что составляет огромный фактор риска для всех возрастных заболеваний. Клетки могут стареть по-разному, поэтому у человека может быть много стареющих клеток, но вполне нормальные теломеры.

Но учёные предупреждают от поспешных выводов: «Если бы всё старение было связано с теломерами, мы бы разрешили проблемы старения давным-давно». По мнению экспертов, лучшая часть исследования теломер в том, что их можно посчитать и дать людям вполне конкретные рекомендации по физическим нагрузкам. Что важно, для этого не обязательно бежать марафон каждую неделю — исследования теломер показывают, что экстремальные нагрузки не обязательно связаны с продолжительной жизнью.

И вот что важно: исследование показало, что удлинение теломер с помощью медикаментов может быть опасным. Поэтому изменить образ жизни будет куда безопаснее, чем сесть на таблетки. При этом совсем не обязательно спать по восемь часов в сутки, чтобы помогать теломерам. Семи часов сна вполне достаточно, если вы чувствуете себя хорошо отдохнувшим.

Рецензенты на книгу отмечают, что одна из проблем исследования теломер в том, что большинство исследований измеряют длину теломер в клетках крови. Но это ничего не говорит о том, что печень может стареть быстрее или медленнее, чем кровь, — в конце концов наши органы стареют с разной скоростью.

«Измеряя длину теломер в крови, вы просто получаете данные о том, что иммунные стволовые клетки хорошо функционируют, — говорит Мэтт Кэберлейн, изучающий молекулярные основы старения в Университете штата Вашингтон. — То есть это может говорить нам о том, что иммунная система может быть особенно чувствительна к образу жизни и факторам окружающей среды».

Многие учёные полагают, что у исследования есть потенциал стать биомаркером прогнозирования состояния здоровья, но отмечают, что вряд ли людям будет более комфортно от того, что им скажут: надо менять образ жизни на основании измерения длины теломер.