Ученые нашли способ продлить жизнь до 100 и более лет

Специалисты БФУ в рамках международного научного коллектива выявили участок генома, ответственный за "здоровое старение" и долголетие. Они обнаружили, что фрагмент митохондриальной ДНК напрямую связан с возникновением и развитием возрастных заболеваний мышечной и нервной тканей. Эти результаты могут стать основой для разработки новых методов подбора "третьего родителя", что поможет обеспечить будущему поколению долгую и здоровую жизнь. Информация о исследовании опубликована в журнале bioRxiv.

В организме млекопитающих обнаруживается разнообразие молекул ДНК, имеющих различную структуру и выполняющих разные функции. Эксперты из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (БФУ) объяснили, что помимо основного генетического материала, в каждой клетке человека содержится небольшой фрагмент ДНК, который находится в митохондриях - органеллах, отвечающих за энергетические процессы.

Митохондриальная ДНК (мтДНК) представляет собой макромолекулу, структура которой больше похожа на генетический материал бактерий и образует кольцевую структуру. Специалисты считают, что возникновение этой формы ДНК в организме человека связано с древним симбиозом между прокариотом (например, бактерией) и эукариотической клеткой животного. Такое взаимодействие привело к появлению митохондрий и их собственной генетической системы, отличной от ядерной ДНК.

Митохондрии - это органеллы внутри клеток, которые имеют свою собственную ДНК, называемую митохондриальной ДНК (мтДНК). Эта молекула генетического материала передается от матери к потомству и не смешивается с генами отцовской ДНК. Из-за этого мтДНК имеет более стабильную последовательность "кирпичиков", чем ядерная ДНК. Это делает химическое разнообразие в составе мтДНК значительно меньше.

Митохондриальная ДНК содержит всего несколько десятков генов, что делает ее классификацию более простой и понятной. Специалисты представляют классификацию групп по составу мтДНК в виде дерева, где каждая ветвь представляет современные группы людей, а корень этого дерева - "митохондриальная Ева". Митохондриальная Ева - это гипотетическая женщина, от которой происходят все современные люди.

Изучение митохондриальной ДНК позволяет ученым отслеживать происхождение и миграции различных групп людей на протяжении тысячелетий. Это помогает лучше понять эволюцию человеческого рода и распределение генетических характеристик в различных популяциях.

Исследование показало, что в процессе копирования ДНК возникают "скользкие места", где машина, ответственная за этот процесс, может "споткнуться" и "перескочить" на другой участок, что приводит к потере части информации и образованию коротких и "сломанных" молекул. Константин Попадьин, старший научный сотрудник Центра геномных исследований БФУ, подчеркнул этот факт.

Важно отметить, что "неправильные" молекулы митохондриальной ДНК обнаруживаются в организмах людей независимо от пола, образа жизни и возраста. Эти "ошибки" накапливаются преимущественно в тканях, которые не подвергаются постоянному обновлению клеток, таких как мышцы и нейроны.

Интересно, что процесс формирования "неправильных" молекул митохондриальной ДНК может иметь важное значение для понимания возникновения некоторых заболеваний и процессов старения. Дальнейшие исследования в этой области могут пролить свет на механизмы, лежащие в основе этих процессов и помочь разработать методы их предотвращения.

Исследования показывают, что когда внутри клетки накапливается "критическая масса" молекул мтДНК без фрагмента генетического материала, это приводит к гибели хозяйской клетки и развитию различных заболеваний опорно-двигательного аппарата и нервной системы, что серьезно влияет на качество жизни человека. Однако, несмотря на это, существуют люди, которые доживают до 100–120 лет, сохраняя при этом свое физическое и ментальное здоровье.

Исследователи из различных стран, включая Россию, Австрию, Германию, Швейцарию, Японию и США, совместно с коллегами из университетов и научных институтов обнаружили, что митохондриальная ДНК у людей, достигших высокого возраста, имеет отличия от мтДНК у обычных людей.

Это открытие может пролить свет на механизмы долголетия и помочь в разработке новых методов лечения и профилактики возрастных заболеваний. Понимание особенностей митохондриальной ДНК долгожителей может стать ключом к продлению активной и здоровой жизни у людей в возрасте.

Исследования показали, что изменения в химическом составе определенного участка митохондриальной ДНК, простирающегося на 13 нуклеотидов, приводят к изменению его свойств. Этот участок перестает быть "скользким", что в свою очередь увеличивает точность копирования молекулы мтДНК при делении. Согласно исследованиям, даже замена одной "буквы" из 13 на другую существенно снижает вероятность ошибок в процессе копирования и формирования делеций — генетических изменений, связанных с потерей участка хромосомы.

Этот факт может быть одной из причин, почему некоторые ветви митохондриального древа проявляют повышенную устойчивость и долголетие. Специалисты считают, что отсутствие длинных повторов в мтДНК способствует сохранению стабильности генома и предотвращает возможные генетические перестройки. Таким образом, точность копирования и стабильность митохондриальной ДНК играют важную роль в сохранении генетического материала и здоровье клеток.

Исследование генетического материала в митохондриях ветви D4A, обитающей в Японии и Китае, позволило ученым обнаружить уникальные особенности в их варианте "скользкого" места. Оказалось, что один из двух повторов в мтДНК содержит замену нуклеотида, что делает их непохожими друг на друга и предотвращает проскальзывание.

Эти открытия привели к интересному сравнению, сделанному специалистом: подобно скороговорке, где изменение слова может повлиять на легкость произношения, замена нуклеотида в митохондриальной ДНК также может изменить характеристики последовательности.

Таким образом, сложность произнесения скороговорки "шла Саша по шоссе и сосала сушку" можно сравнить с изменениями в генетическом материале, где даже небольшие изменения могут оказать значительное воздействие на функциональность и структуру ДНК.

Исследователи отмечают, что у долгожителей митохондриальная ДНК имеет свои "дорога" и "Александра", а не просто "шоссе" и "Саша". Это особенность, которая способствует укреплению генетического материала и благоприятному процессу старения, продлевая тем самым жизнь, пояснил Попадьин.

Одним из практических применений новых данных является область митохондриальной медицины, которая развивается уже около двадцати лет. Здоровые митохондрии могут быть перенесены в ткани или даже в яйцеклетку, заменяя менее здоровые. Митохондриальные варианты долгожителей рассматриваются как потенциальные универсальные доноры, лишенные патологических мутаций и способные обеспечить более долгую жизнь с меньшим риском возникновения дефектов в нервной и мышечной системах организма.

БФУ, участник программы "Приоритет-2030" национального проекта "Наука и университеты", представляет выполненную работу.

Этот проект, ориентированный на развитие науки и образования, является одним из ключевых шагов в достижении стратегических целей страны.

Результаты исследования, поддержанного указанной программой, имеют важное значение для развития образования и науки в России.

Источник и фото - ria.ru