Bằng cách điều chỉnh một vài gen quan trọng trong DNA của giun tròn, các nhà khoa học đã kéo dài tuổi thọ của động vật thêm khoảng 500%.
Đó là một bước nhảy lớn trong cuộc sống: Một con giun tròn trung bình sống trong khoảng ba đến bốn tuần. Nhưng khi không bị cản trở bởi hai gen cụ thể - DAF-2 và RSKS-1 - các sinh vật có thể tồn tại trong vài tháng.
Các nhà khoa học đã liên kết các gen này với tuổi thọ nhiều năm trước, lưu ý sự gia tăng tuổi thọ của giun và các sinh vật khác khi các gen này bị tắt. Tuy nhiên, vai trò chính xác của các gen trong quá trình lão hóa vẫn còn là một bí ẩn.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã kết nối các dấu chấm giữa hai gen và ty thể này, những nhà máy điện nhỏ bé cung cấp năng lượng cho tế bào trên khắp cơ thể. Mitochondria bắt đầu gặp trục trặc khi một sinh vật già đi, nhưng im lặng DAF-2 và RSKS-1 dường như trì hoãn thiệt hại này và kéo dài tuổi thọ - ít nhất là ở giun tròn, theo một nghiên cứu được công bố năm 2019 trên tạp chí Cell Press.
Chỉ có thời gian mới có thể biết liệu phương thuốc chống lão hóa có thể hoạt động ở động vật có vú, bao gồm cả con người.
Hiệu ứng domino
Các nhà khoa học lần đầu tiên nhận ra mối liên hệ giữa DAF-2 và sự lão hóa vào đầu những năm 1990, khi một nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng giun tròn sống gấp đôi bình thường khi chúng mang một phiên bản gen đột biến. Phát hiện đã bắt đầu một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu về sự lão hóa, một do các gen và sản phẩm phụ của chúng thúc đẩy.
Pankaj Kapahi, giáo sư tại Viện nghiên cứu về lão hóa Buck ở Novato, California, nói: "Nó giống như một người thay đổi cuộc chơi trong lĩnh vực Lio vì mọi người bắt đầu tin rằng một gen duy nhất có thể kéo dài tuổi thọ". .
Theo thời gian, các nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra các gen có tuổi thọ cao hơn, bao gồm RSKS-1, nhưng bằng chứng gắn kết cho thấy các đoạn mã di truyền đặc biệt này không hoạt động một cách cô lập. Thay vào đó, họ phối hợp với một nhóm các gen khác và các protein mà chúng giúp xây dựng, kích hoạt các tầng hoạt động của tế bào được gọi là "con đường truyền tín hiệu". Hãy nghĩ về các con đường báo hiệu như là các hàng domino - khi một đỉnh domino, nó rơi vào một cái khác và tạo ra một phản ứng chuỗi phức tạp.
DAF-2 và RSKS-1 lần lượt nằm trong một lộ trình tín hiệu quan trọng: con đường truyền tín hiệu insulin, giúp kiểm soát lượng đường và chuyển hóa trong máu, và con đường TOR, làm thay đổi cách các tế bào tạo ra protein và do đó chúng phát triển và tăng sinh. Nhưng làm thế nào những con đường này giao nhau trong một sinh vật lão hóa không được biết đến, Kapahi nói.
Để tìm ra tác dụng chống lão hóa này đến từ đâu, Kapahi và các đồng nghiệp đã theo dõi các tế bào của giun tròn đột biến, trong đó cả hai gen này đã bị tắt. Sử dụng một kỹ thuật gọi là "hồ sơ polysomal", nhóm nghiên cứu có thể theo dõi các protein mà các tế bào đang xây dựng tại bất kỳ thời điểm nào. Trong quá trình xây dựng protein, các tế bào có thể sử dụng các cơ chế khác nhau để tăng cường sản xuất một loại protein cụ thể hoặc quay trở lại. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, ở những con giun đột biến, các tế bào đã tạo ra ít bản sao protein gọi là "cytochrom c" hơn những con giun bình thường.
Đây là nơi ty thể đi vào hình ảnh:
Cytochrom c xuất hiện trong màng trong của ty thể và giúp truyền các electron tích điện âm qua cấu trúc của nó. Sự chuyển điện tử này từ protein sang protein cho phép ty thể tạo ra nhiên liệu - nhưng ở những con giun đột biến, một khoảng trống xuất hiện ở nơi cần có cytochrom c. Không thể tạo ra nhiên liệu hiệu quả như bình thường, ty thể quay trở lại sản xuất năng lượng và thay vào đó tập trung vào việc sửa chữa các mô bị hỏng.
Khi các cửa hàng năng lượng giảm, một loại enzyme cảm nhận nhiên liệu có tên AMPK sẽ nhảy vào hộp số cao, giúp sâu chuyển sang dạng chuyển hóa năng lượng hiệu quả hơn. Chuỗi sự kiện phức tạp này cuối cùng tạo ra một con giun tròn sống lâu mà các tế bào của chúng vẫn khỏe mạnh và phần lớn không bị tổn hại đến tuổi già.
"Protein bị tổn hại theo tuổi tác và bạn thấy ít thiệt hại hơn với những con đường bị ức chế", Kapahi nói. Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy rằng một số mô, chẳng hạn như các mô trong cơ và não, thậm chí có thể phát triển khỏe mạnh hơn miễn là những con đường này vẫn bị tắc nghẽn, ông nói thêm.
Từ giun đến người
Nhìn chung, những con giun đột biến đã quay trở lại cả việc sản xuất protein và năng lượng để sửa chữa các tế bào lão hóa của chúng. Cụ thể, việc thiếu cytochrom c trong các tế bào sinh sản của động vật dường như là chìa khóa cho quá trình này, các tác giả lưu ý. Nó có thể là những con giun đặt các quá trình liên quan đến sinh sản trong khi ở chế độ năng lượng thấp, họ nói.
Các sinh vật phản ứng tương tự khi bị đẩy vào chế độ đói - không có đủ dinh dưỡng, các tín hiệu tế bào báo cho cơ thể "hết thời gian" để chuẩn bị sinh con, Kapahi nói. Ý tưởng này cũng được hỗ trợ bởi nghiên cứu năm 1990 về giun tròn cũ; Trong nghiên cứu đó, những con giun đột biến sống lâu gấp đôi những con giun bình thường, nhưng chúng cũng sinh ra ít hơn khoảng 20% con.
Không phải là một quá trình thụ động, lão hóa ở giun tròn dường như liên quan đến một mớ hỗn độn của các con đường sinh học phối hợp với nhau để điều chỉnh quá trình trao đổi chất, xây dựng protein và có khả năng sinh sản. Mặc dù các con đường tương tự tồn tại ở người, các nhà khoa học vẫn không biết liệu lão hóa có hoạt động giống nhau ở cả hai sinh vật hay không, Kapahi nói. Nếu bất cứ điều gì, lão hóa ở người có thể chứng minh phức tạp hơn.
"Bảo tồn không phải là sự khác biệt tuyệt đối và quan trọng trong các con đường giữa giun và động vật có vú", Tiến sĩ Joseph Avruch, giáo sư y khoa tại Đại học Y Harvard và là trưởng khoa của bệnh tiểu đường tại Bệnh viện Đa khoa Massachusetts, nói với Live Science trong email.
Trong khi làm giảm tín hiệu trong các con đường insulin và TOR dường như kéo dài tuổi thọ của giun, không rõ liệu con người có phản ứng tương tự hay không.
"Nếu mạng lưới gen được xác định ở đây, chức năng tương tự ở động vật có vú, thì các can thiệp dược lý trở nên khả thi", Avruch nói. Nói cách khác, các thí nghiệm chống lão hóa trước tiên được tiến hành ở giun phải được nhân rộng ở động vật có vú trước khi bất kỳ ai biết liệu chúng có thể hoạt động ở người hay không.
Các con đường liên quan đến quá trình lão hóa "có thể là một cái gì đó rất đặc biệt đối với sâu", Kapahi nói. "Nhưng chúng tôi sẽ không bao giờ biết nếu chúng tôi không hỏi những câu hỏi này."
