Senka selekcije može objasniti zašto duži životi donose više bolesti povezanih sa starenjem

Kombinacija evolucione teorije, komparativne genomike i obimne genetike treba da objasni zašto starimo i zašto se brzina starenja razlikuje među pojedincima i vrstama.

Autori studije iz Instituta Lajbnic za starenje, Instituta Fric Lipman i Londonskog univerzitetskog koledža opisuju kako, pošto moderni ljudi danas obično doživljavaju veliku starost, u kasnom životu živimo sa posledicama bioloških putanja koje je prirodna selekcija optimizovala za mladost i štetnim mutacijama koje deluju previše kasno da bi ih selekcija efikasno uklonila.

Preporučujemo

Posmatranje starenja kroz ovu evolucionu prizmu takođe objašnjava zašto bolesti povezane sa starenjem imaju zajedničke genetske korene — i ukazuje na to da bi ciljanje malog skupa drevnih, očuvanih putanja istovremeno delovalo protiv više takvih bolesti.

Razlog zašto i kako organizmi stare predstavlja jedno od centralnih pitanja u biologiji. Klasične evolucione teorije objašnjavaju starenje prvenstveno činjenicom da prirodna selekcija s godinama postaje manje delotvorna. To znači da su svojstva naročito važna za evoluciju kad utiču na reprodukciju.

U ranom životu, stoga, korisne osobine budu snažno „birane“, ali selekcija deluje slabo na osobine čiji se efekti ispoljavaju u starosti jer do tada mnogi organizmi prestanu da se razmnožavaju. Kao rezultat, štetni efekti koji deluju kasno u životu jedva budu uklonjeni selekcijom i mogu se nagomilavati tokom evolucionog vremena. Ovaj efekat se opisuje kao „senka selekcije“ i čini osnovu modernih evolucionih teorija starenja.

Pored toga postoje takozvani kompromisi — sukobi interesa unutar organizma — kao što je energija koju organizam ima na raspolaganju. Ova energija je ograničena, što znači da organizam mora da je raspodeli između reprodukcije i održavanja tela. Individue koje rano u životu imaju mnogo potomaka često ulažu manje u dugoročne procese obnove, što može dovesti do bržeg starenja tela.

Na genetskom nivou, dva ključna mehanizma objašnjavaju starenje: prvo, takozvano nagomilavanje mutacija, kad se štetne genetske varijante koje deluju tek kasno u životu samo slabo uklanjaju selekcijom; drugo, antagonistička plejotropija, kad geni imaju korisne efekte u ranom životu, ali mogu doprineti razvoju bolesti u starosti.

Evolucija starenja — nekad i sad

U modernim društvima ljudi žive znatno duže, imaju manje dece i dobijaju bolju medicinsku negu. U središtu ovoga je takozvana demografska tranzicija, odnosno prelaz od društava sa visokim stopama rađanja i smrti ka onima sa niskim stopama rađanja i očekivanim dugim životom.

Pod takvim uslovima klasična predviđanja postaju još relevantnija: pošto danas mnogo više ljudi doživljava veliku starost nego u bilo kom ranijem trenutku ljudske evolucije, posledice senke selekcije — akumulacija kasno delujućih štetnih varijanti i putanje optimizovane za mladost koje ostaju aktivne kasnije u životu — sad se doživljavaju u razmerama protiv kojih selekcija nikad nije delovala. Moderni uslovi života dodaju još jednu dimenziju: obilje hrane, manje fizičke aktivnosti i moderna medicina znatno se razlikuju od okruženja u kojima je ljudska biologija evoluirala i mogu razotkriti kompromise koji ranije nisu imali vidljivu cenu.

To ne znači da je starost sad predmet selekcije kao mladost nekad. Duže preživljavanje proširuje domet selekcije u kasniji život, ali manje rađanja smanjuje njenu ukupnu snagu. Konačan ishod je da biološki procesi jedva pod uticajem selekcije u evolucionoj prošlosti sad oblikuju živote velikog broja ljudi.

Starenje je rezultat zajedničkog dejstva nekoliko faktora

Starenje proizilazi iz interakcije genetskog sklopa, životne istorije, uslova okoline i strukture populacije — a moderni demografski uslovi i uslovi životne sredine menjaju koje posledice doživimo.

Na molekularnom nivou, jasno je da starenje karakteriše niz očuvanih bioloških procesa poznatih kao „obeležja starenja“. Ona uključuju promene u stabilnosti DNK, gubitak mitohondrijske funkcije, poremećen metabolizam nutrimenata i akumulaciju oštećenih proteina i starih ćelija. Ove procese regulišu ključne signalne putanje poput insulinskog/IGF-1 sistema ili mTOR signalne putanje, koje kontrolišu rast, energetsku ravnotežu i mehanizme obnove.

Treba istaći da su ovi mehanizmi očuvani kod mnogih vrsta, što sugeriše da starenje proističe iz fundamentalnih bioloških sistema koji su prvobitno optimizovani za rast i reprodukciju, a nastavljaju da funkcionišu u kasnijem životu. Studija sakuplja genomske podatke koji pokazuju da su geni povezani sa ovim obeležjima, kao i sa dugovečnošću u širem smislu, izvanredno očuvani među ljudima i drugim životinjama.

Starenje kao posledica društvenih razvoja

Ova perspektiva uspostavlja nove veze između različitih oblasti istraživanja: evolucione biologije, demografije i biomedicinskog istraživanja. To znači da se starenje više ne posmatra samo kao biološki proces u telu, već i kao rezultat društvenih razvoja.

Ovo je naročito važno za razumevanje bolesti povezanih sa starenjem — odnosno stanja koja se prvenstveno dešavaju u starijem dobu, kao što su kardiovaskularne ili neurodegenerativne bolesti. Ova perspektiva pomaže da se objasni zašto su takve bolesti toliko rasprostranjene u savremenim društvima i kako su mogle koevoluirati. Mnoge od ovih bolesti imaju zajedničke biološke uzroke i nastaju iz istih fundamentalnih procesa starenja.

„Evolucioni pogled na starenje nije samo istorijska zanimljivost — ukazuje na očuvane, drevne putanje čija kontinuirana aktivnost u kasnijem životu doprinosi bolestima povezanim sa starenjem, kao i gde je stoga najverovatnije da će intervencije delovati“, kažu autori.

„Štaviše, to takođe preoblikuje cilj: ne prosto produžavanje životnog veka, već delimično smanjenje kasnijih troškova biologije koju je prirodna selekcija optimizovala za rani život — tako da se veći deo života provede u dobrom zdravlju“.

Integrativni okvir

Evoluciona teorija, molekularna biologija starenja, demografski uslovi i uslovi životne sredine modernog života integrišu se u jedan okvir. Argument je da moderni kontekst nije samo pozadina starenja, već deo razloga zbog kog se njegova cena u kasnijem dobu sad tako naširoko doživljava — i da je evoluciono sočivo ono što tu cenu čini shvatljivom i potencijalno rešivim problemom.

Na ovom temelju, buduće istraživanje bi moglo specifičnije ispitati kako demografske promene — poput rasta očekivanog trajanja života, nižih stopa nataliteta ili starije populacije — direktno utiču na molekularne i fiziološke procese starenja. Među njima su promene u ćelijskom starenju, obnovi tkiva, metaboličkoj regulaciji i riziku od bolesti povezanih sa starenjem.

Istovremeno, trenutne genetske studije pokazuju da je starenje veoma složena, poligenska osobina koja uključuje brojne gene, svaki sa malim efektima. To otvara nove perspektive za fundamentalno istraživanje i za razumevanje procesa starenja u sve starijoj globalnoj populaciji.

(Telegraf Nauka/Phys.org)