Někdo oslaví ve zdraví devadesátku, jiný odchází ze světa předčasně. Proč? Částečná odpověď se zcela jistě skrývá v životní stylu, ale svou polívčičku si přihřejí i naše geny. Zná věda odpověď na otázku proč stárneme?
Silný kuřák s nadváhou se dožije vysokého věku s podstatně nižší naději než člověk, který nekouří a sportuje. Délku svého života tedy máme do značné míry ve svých rukou. Na druhé straně je ale stále jasnější, že si určité dispozice přinášíme na svět ve svých genech. Jak se tedy dopracovat co nejdelšího věku? Zaručený recept zatím není k dispozici, ale snad najdeme recept na bájný elixír mládí studiem stárnutí nejrůznějších pozemských živočichů.
Universální pravidla stárnutí
Jednodušší pozemské organismy mají v dědičné informaci geny, které významně ovlivňují délku jejich života. Vždycky se ale zdálo, že každý tvor má své vlastní „dlouhověké“ geny. Nakonec se však podařilo vystopovat společné mechanismy určující délku života i u organismů, které si jsou evolučně velice vzdáleny.
„Všechno to do sebe zapadá,“ komentovala tyto překvapivé objevy Cynthia Kenyonová z University of California v americkém San Francisku. „Mechanismy regulující délku života, které jsme donedávna znali jen u drobných hlístů, se vyskytují i u jiných zvířat a také tam regulují stárnutí. Možná to není úplně totožný systém regulace, ale je tam. To je neuvěřitelné, prostě neuvěřitelné!“
Společné kořeny regulace stárnutí jsou o to větším divem, že hlavní síla přírodního výběru určuje vývoj pozemských organismů především tlakem na jejich rozmnožování. Geny, které určují tempo stárnutí, se zdály stát stranou tohoto evolučního procesu. Živočichové plodí potomky v co neútlejším věku poslušni taktiky, kterou bychom mohli shrnout do rčení „co je doma, to se počítá“. Díky tomu se mohou prosadit v přírodním výběru i živočichové, kteří jsou vysoce plodní ale krátkověcí.
„Jestli je stárnutí skutečně jen hromadění nepříznivých a škodlivých poruch organismu, tak proč se jeho regulace na Zemi udržela beze změny v tak širokém spektru forem života?“ ptá se britský molekulární genetik Gordon Lithgow z University of Manchester. Odpovědět mu zatím nikdo nedokáže.
Geny na stárnutí
Podrobně bylo prozkoumáno stárnutí u hlísta Caenorhabditis elegans. Klíčovým místem regulace se zdá být gen označovaný jako daf-2. Podle instrukce tohoto genu se v těle hlísta vyrábí bílkovina, která na povrchu buněk slouží jako vazebné místo (tzv. receptor) pro hormony podobné inzulínu. Pokud je gen daf-2 poškozen, dožívá se hlíst věku, který výrazně převyšuje obvyklé stáří těchto miniaturních červíků. Zkrátit život může červíkům naopak dráždění některých nervů. Jde především o nervy drážděné při příjmu potravy nebo při rozmnožování. Červi s narušenými čichovými nervy žijí podstatně déle než červi, kteří mají čichové funkce nenarušené.
Skupina amerických genetiků z Brown University vedená Markem Tatarem s velkým překvapením zjistila, že i muška octomilka (Drosophila melanogaster) reguluje délku života mechanismy, které zahrnují signalizaci pomocí hormonů podobných inzulínu. Gen daf-2 hlístů má u octomilek protějšek v genu InR. Mušky s poškozeným genem InR se těší dlouhověkosti podobně jako hlísti s narušeným genem daf-2. Gen InR ovlivňuje u mušek funkce genu zvaného chico, jehož poškození také prodlouží octomilkám život.
Gen daf-2 hlístů a geny InR a chico octomilek ve své nenarušené formě urychlují stárnutí, což je opravdu spodivem. Znamená to, že živočichové mají geny, které jim zkracují život a navíc jsou tyto geny společné různým, vývojově velmi vzdáleným zástupcům živočišné říše.
Plodnost versus dlouhověkost
Genetici si povšimli, že dlouhověcí hlísti s poškozeným genem daf-2 i „metuzalémské“ octomilky s poškozeným genem chico, mají narušenu plodnost. Zdá se tedy, že dlouhověkost a neplodnost jdou ruku v ruce. Pokud se zabrání octomilkám s nenarušenými geny v rozmnožování, dožijí se vyššího věku.
Některé teorie se tyto jevy snaží vysvětlit tím, že organismus má k dispozici jen omezené množství energie. Pokud jej využije pro plození potomků v mládí, nezbude mu dost energie na nápravu škod v organismu, jež s sebou nese pokročilejší věk. Naopak energii ušetřenou v případě neplodnosti může organismus využít k „údržbě“ těla a k prodloužení života.
Pokusy na muškách octomilkách ale ukázaly, že mezi neplodností a dlouhověkostí nepanuje „přímá úměra“. Vše je mnohem složitější. Dlouhověké a téměř neplodné mušky s narušeným genem chico žijí sice dlouho, ale pokud mají poškozen jen jeden z dvojice „výtisků“ tohoto genu, plodnost se prudce zvýší, ale dlouhověkost klesá jen nepatrně.
Dlouhověcí jsou odolnější
Delší život je spojen i se zvýšenou odolností organismů ke stresu. V laboratořích se podařilo vyšlechtit dlouhověké hlísty a octomilky, jejichž buňky vynikají odolností vůči nepříznivým vlivům.V řadě případů se daří prodloužit život hlístům nebo octomilkám dlouhodobým podáváním látek, schopných odbourávat škodlivé zplodiny látkové výměny.
Názorně demonstrují souvislost mezi náchylností ke stresu a stárnutím pokusy na kvasinkách. Vědci sevřeli v laboratorních podmínkách kvasinky do neúprosných kleští. Na jedné straně na ně nechali působit vysoké teploty a zároveň je pěstovali v přítomnosti látky, která produkuje obrovská množství tzv. volných radikálů, schopných vážně poškodit jakoukoli buňku. Tvrdou zkouškou prošly jen dva kmeny kvasinek, odolávající oběma nepříznivým vlivům. Tyto kmeny stárly pomaleji než kvasinky, které dokázaly odolávat jen jednomu z nepříznivých vlivů.
Genetické vyšetření odhalilo u odolných a dlouhověkých kvasinek poruchu genu označovaného jako Sch9. Tento gen je pozoruhodný tím, že se nápadně podobá genům hlísta, „buzeným“ klíčovým dlouhověkým genem daf-2. Když vědci vyšlechtili kvasinky postrádající gen Sch9, zjistili, že tyto mikroorganismy stárnou třikrát pomaleji než běžné kmeny kvasinek.
Dlouhý život o hladu?
Výzkum vztahů mezi odolností ke stresu a dlouhověkostí odhalil však i další mechanismy, které se na regulaci tempa stárnutí podílejí. U kvasinek sehrává důležitou roli gen Sir2, jehož produkt zajišťuje odbourání acetylových skupin z některých proteinů, schopných vazby na DNA. Bílkoviny zbavené těchto skupin se mohou snáze vázat na DNA a mohou tak „uspat“ některé geny. Zároveň těsně obemknou dvojitou šroubovici DNA a chrání ji před poškozením.
Gen Sir2 je v buňkách kvasinek uveden do pohotovosti v okamžiku, kdy kvasinka začne trpět nedostatkem živin. Tento objev naznačil, za jakých okolností se mohly vyvinout geny pro dlouhověkost. Když na kvasinku uhodí zlé časy, aktivují se v její dědičné informaci geny prodlužující život. Nositelé takových genů mohou přežít v situacích, kdy jiné organismy vyhynou.
U hlístů startují v nepříznivých podmínkách geny, které sice prodlužují život, ale zároveň blokují energeticky dost náročné rozmnožování. Červ čeká v klidu na lepší časy, kdy zavládnou příhodnější podmínky pro plození potomstva.
Tento mechanismus se zachoval i u obratlovců. Dokonce i u savců bylo pozorováno prodloužení života při drastickém omezení příjmu energie s potravou. Nejde však o podvýživu. Všechny živiny jsou dodávány v potřebném množství, jen na energii je potrava výrazně chudší.
Příliš mnoho podobností!
Vědci byli přesvědčeni, že prodloužení života zajistí pokusným myším jen dlouhodobá, pokud možno celoživotní nízkokalorická dieta. Tým vedený Stephenem Spindlerem z University of California v americkém Riverside ale zjistil, že se u stárnoucích myší razantně projeví i krátkodobé omezení příjmu energie. Když snížili starým myším na čtyři týdny příjem kalorií o 44 %, pozorovali u nich podobné změny v aktivitě genů, jaké jsou patrné u myší držených na celoživotní nízkokalorické dietě.
Spindler a jeho spolupracovníci sledovali v jaterních, svalových a nervových buňkách pokusných myší aktivitu 11 000 genů. S postupujícím věkem se stále častěji dostávaly do akce geny spojené se stresovou zátěží a zánětlivými procesy. Naopak, u genů schopných potlačit rakovinné bujení sledovali vědci stále patrnější pokles aktivity. Omezení kalorického příjmu dokázalo tyto nežádoucí změny zvrátit. Přitom nebyl velký rozdíl v tom, jestli byla zvířata na nízkoenergetické dietě celý život nebo jen v posledních týdnech života.
Výzkum vlivu potravy s nízkým obsahem energie také ukázal, že zvířata na nízkokalorické dietě mívají silně snížené hladiny růstového faktoru, pro který se používá zkratka IGF-1. Ta pochází z anglického „insulin-like growth factor“, což lze přeložit jako „ inzulínu podobný růstový faktor“.
Kruh jako kdyby se uzavřel. Ocitli jsme se opět u hormonu, který se podobá inzulínu. Připomeňme si znovu, že právě vazebná molekula pro podobný hormon, vyráběná podle instrukcí genu daf-2, určuje dlouhověkost u hlístů. O tom, že naše podezření je plně oprávněné svědčí skutečnost, že gen, podle kterého savci vyrábějí bílkovinu vážící IGF-1, se nápadně podobá genu daf-2 hlístů.
Britský biolog David Gems z londýnské University College z toho vyvozuje, že u savců je stárnutí regulováno ději, při kterých hraje významnou úlohu IGF-1. Potvrzují to tři linie dlouhověkých myší, které mají díky poškození některých genů sníženy hladiny IGF-1 v těle. Tyto genetické defekty zpomalující stárnutí myší mají podobné vedlejší účinky jako poškození genu InR nebo chico u octomilek. Také tyto myši mají narušenou plodnost a jsou zakrslé . Vědci jsou však v závěrech opatrní. Vědí, že podobné vnější projevy nemusejí mít stejné vnitřní příčiny. Shodných rysů je však příliš mnoho, než aby mohly být výsledkem pouhé slepé shody náhod.
Stáří se sklenkou červeného vína?
Přísloví „Jez do polosyta, vyjdou ti naplno léta“ platí nejen pro mušky, červíky nebo myši. Výjimkou z něj není ani člověk.
Živočichové držení na energeticky chudé stravě mají v těle aktivovány bílkoviny označované jako sirtuiny. Tým Davida Sinclaira z Harvardu zjistil, že sirtuiny brání nežádoucímu odumírání buněk tím, že chrání jejich dědičnou informaci před poškozením. Když se lépe vede jednotlivým buňkám, prosperují lépe i tkáně a orgány a z lepšího zdraví a delšího života se těší i celý živočich. Není to zřejmě jediný příznivý účinek sirtuinů. Tým Leonarda Guarenteho z Massachusetts Institute of Technology zjistil, že sirtuiny dokážou velmi účinně zatočit i s uloženým tělním tukem. Také hubenější zvíře je pak zdravější a dožívá se vyššího věku.
Sirtuiny zřejmě plní roli jakési pohotovostní služby, která je uvedena do činnosti ve chvíli, kdy organismus nemá energie na rozdávání. Sinclair věří, že se mu nakonec podaří na bázi sirtuinů vyvinout lék, který nás uchrání před neduhy stáří i bez toho, že bychom si museli utrhávat od úst. A tak se snad můžeme těšit na dlouhá léta strávená nad plnými talíři a k jídlu bychom si měli nalít pohár červeného vína. Červené hrozny jsou totiž vydatným zdrojem látek, které dokážou mobilizovat v lidských buňkách produkci sirtuinů. Molekula resveratrolu z červeného vína působí na sirtuiny stejně spolehlivě jako hlad.
Vědí na Sardinii jak na to?
Italští vědci se snaží najít recept na dlouhověkost. K tomuto kroku je inspirovali obyvatelé Sardinie. Celkově se totiž dožívají nejvyššího průměrného věku na světě. Běžně připadá na jeden milion obyvatel 70 až 80 stoletých, na Sardinii je to téměř dvojnásobek.
Vědci měří dlouhověkost obyvatel Sardinie pomocí testů duševního a fyzického zdraví a odebírají i vzorky krve, aby prostudovali genetickou kartu starých lidí. Tvrdí totiž, že pokud se podaří zjistit, jaký způsobem se člověk může dožít 120 let, bude to znamenat, že dokážeme překonat všechny nemoci. Podle některých odborníků však za dlouhověkostí obyvatel Sardinie nestojí mimořádný genetický fond, ale jejich životní styl a jiné stravovací návyky.
