Czym jest starzenie się z punktu widzenia biologii?
A.P.: Po pierwsze należy zaznaczyć, że czym innym jest starzenie się komórek, a czym innym starzenie całego organizmu. Starzenie komórek następuje stopniowo na skutek wielu czynników, np. przez reaktywne formy tlenu, które powstają w dużych ilościach w naszych komórkach i które atakują białka, lipidy, kwasy nukleinowe, powodując zmiany w komórce. Częściowo te zmiany mogą zostać naprawione przez komórkę, ale jeśli są daleko posunięte, wtedy komórka przestaje prawidłowo funkcjonować i ulega procesowi samodestrukcji, zwanemu apoptozą. W ten sposób w każdym z nas miliony komórek dziennie ulegają likwidacji. Później są one zastępowane przez nowe komórki zdolne do rozmnażania się i do różnicowania. Niestety z wiekiem mamy takich komórek coraz mniej, dlatego regeneracja naszego organizmu może zachodzić tylko do pewnego stopnia. Jeśli w danym organie zbyt dużo komórek się popsuło, zbyt mało jest w nim komórek czynnych, wtedy taki organ zaczyna oddziaływać negatywnie na inne części organizmu.
W procesie starzenia komórki wyróżnia się taki moment krytyczny, kiedy może ona albo ulec likwidacji, albo zmienić się w komórkę nowotworową. To zaś zależne jest od obecności m.in. białka p53, które w odpowiedzi na uszkodzenia komórki indukuje w niej apoptozę. Jeśli gen kodujący to białko jest zmutowany, komórka traci kontrolę nad procesami, które w niej zachodzą i łatwo ulega zrakowaceniu.
Natomiast starzenie się organizmu jest powiązane ze stanem komórek. Wszystkie tkanki i organy żyją dzięki swoim wyspecjalizowanym komórkom. Całość jest połączona różnymi rurami i kablami układów krwionośnego i nerwowego. Z tym, że te rury i kable też są złożone z komórek, więc jeśli w nich następują procesy degeneracyjne, wtedy cierpi cały organizm.
Także te dwa rodzaje starzenia są powiązane, ale nie należy mylić starzenia człowieka ze starzeniem jego komórek, które zachodzi przez całe życie już od niemowlęctwa.
T.B.: Chciałbym do tego dodać, że starzenie się komórek można podzielić na dwa typy. Istnieje wiele komórek zdolnych do podziału, z których powstają nowe komórki. Jednak większość komórek nerwowych czy komórek mięśnia sercowego to są komórki w ogóle niezdolne do rozmnażania. One, kiedy osiągną swoje ostateczne wymiary, stale wypełniają swoje funkcje. Te komórki nazywamy postmitotycznymi, czyli nie wchodzącymi w proces mitozy.
Proszę sobie wyobrazić, że istnieją duże grupy organizmów – np. owady – których postać dorosła jest zbudowana tylko z komórek somatycznych niezdolnych do podziału. W związku z tym, owady żyją bardzo krótko, bo wystarczy, że sprawność utraci określona liczba komórek, których nie ma jak zastąpić. Drugi rodzaj żywych organizmów to te, u których mamy i komórki postmitotyczne, i komórki, które potrafią się dzielić, czyli tworzyć nowe komórki tego samego typu – tak jest u ssaków i ptaków.
Są jeszcze komórki macierzyste…
Tak, u ptaków i ssaków występują też komórki macierzyste, które dopiero „podejmą decyzję” w jakie komórki się rozwiną – mogą stworzyć prawie każdy rodzaj komórek somatycznych. Mówimy o nich, że są niezróżnicowane, bo nie wiadomo, jakimi komórkami się później staną. Dzięki temu, że człowiek ma wszystkie te typy komórek – macierzyste, postmitotyczne i komórki zróżnicowane zdolne do podziałów – ma możliwość wypełniania powstających naturalnie ubytków.
Natomiast ciekawe jest to, że istnieją też organizmy, u których zdolność regeneracji jest jeszcze większa. Homar albo rak rzeczny potrafią nie tylko żyć bardzo długo – w oceanariach homary żyją kilkadziesiąt lat – ale umieją też odbudować duże fragmenty organizmu, np. odcięte odnóże. To oznacza, że nawet w postaci dorosłej, mają wciąż dostępny ogólny plan rozwojowy całego organizmu. Te organizmy z reguły rosną przez całe życie. U ssaków takie odtwarzanie dużych fragmentów ciała jest niemożliwe. Chcę przez to powiedzieć, że istnieją różne sposoby starzenia, bo organizmy zachowują różny potencjał regeneracyjny. Dla przykładu stułbia jest praktycznie nieśmiertelna, posiadając niewiarygodną wręcz zdolność do regeneracji.
Leonard Hayflick, który zasłynął odkryciem, że komórki mogą się dzielić ograniczaną liczbę razy, i który, według mnie, jest jednym z najmądrzejszych ludzi zajmujących się biologią komórki, napisał kiedyś następujące zdanie: „Entropia wyjaśnia starzenie, uwarunkowania genetyczne wyjaśniają długowieczność, a nieujednolicona terminologia uniemożliwia zrozumienie i jednego, i drugiego”. Hayflick twierdzi, że jeśli zapytamy tuzin gerontologów, to okaże się, że każdy inaczej pojmuje proces starzenia.
Jak to rozumieć, że entropia wyjaśnia starzenie?
T.B.: Entropia dotyczy układów zamkniętych. Entropia jest miarą nieuporządkowania, a najwyższą entropię mamy wtedy, kiedy układ zbliża się do osiągnięcia równowagi termodynamicznej. Po czym poznajemy np. czy góry są stare czy młode? Z wiekiem się spłaszczają, tak jak np. Sudety. W tym znaczeniu entropia tłumaczy, dlaczego jest tak, że „w proch się obrócisz”. Składniki żywego organizmu i struktury, które są z nich zbudowane, mają tendencję do degradacji, do rozpadu. A więc starzenie jest tym, o czym mówiliśmy wcześniej, mianowicie – akumulacją uszkodzeń.
Czy poza akumulacją uszkodzeń, funkcjonują jeszcze jakieś inne teorie tłumaczące proces starzenia się?
T.B.: Pod pojęciem uszkodzeń rozumiemy zwykle działanie czynnika zewnętrznego. Często jednak przyczyną powstawania nawet szkodliwego balastu jest to, że żaden mechanizm nie jest bezbłędny i dlatego z jakąś częstotliwością „wypuszczamy braki”, przypisywane uszkodzeniom. Bywa też, że pojawianie się negatywnych zjawisk pod koniec życia jest nieuniknioną konsekwencją przebiegu kluczowych procesów życiowych, których nie możemy w porę wyłączyć. Tak uważa Mikhail Blagosklonny, znakomity naukowiec-wizjoner. W swoich artykułach pisze też coś, co może szokować – że starzenie nie jest wynikiem żadnej akumulacji uszkodzeń, choć wszyscy uznają to za pewnik. Czy te dwie opinie się wykluczają? Wbrew pozorom, niekoniecznie. Musimy mieć w pamięci to, co twierdzi Hayflick, bo tutaj też mamy problem z terminologią: Blagosklonny zajmuje się tak naprawdę długowiecznością a nie starzeniem i prawdopodobnie ma rację, że uszkodzenia zwykle nie wpływają na długowieczność.
Tutaj musimy przejść do czegoś, co nie jest już w nauce tak oczywiste, choć wydaje mi się, że ostatecznie zostanie zaakceptowane: Hayflick postuluje, żeby odróżnić starzenie od chorób związanych z wiekiem. Ale nie dopowiedział jednej rzeczy – chorób, które zazwyczaj prowadzą do śmierci. Jednym ze sposobów badania procesu starzenia jest odnotowywanie wypadków śmierci, czyli wykreślanie tzw. krzywych przeżywalności. Jednak starzenie i śmierć nie muszą być powiązane, a jedynie zbieżne w czasie. Czyli starzenie się to jeden proces, a drugi to przyczyny, dla których umieramy, mające minimalny związek ze starzeniem. W tej kwestii Blagosklonny wydaje się mieć rację. Jedyny problem polega na tym, że używa słowa „starzenie” zamiast „długowieczność”. Mówi o ludziach o wolniejszym lub szybszym tempie starzenia (aging), po którym następuje etap pogorszenia (deterioration), podczas gdy bardziej uzasadnione byłoby mówienie o krótko- lub długowieczności, na które wpływ mają choroby występujące pod koniec życia.
A.P.: Medycyna ułatwia przywracanie choremu homeostazy, dostarcza różnych protez biochemicznych i mechanicznych. To wszystko może odsuwać moment śmierci, ale nie może powstrzymać procesu starzenia. Tak naprawdę rzadko ktoś umiera z powodu starzenia
Ale często mówi się, że ktoś umarł ze starości.
T.B.: Obecnie z powodu starzenia umierają ci, którzy dochodzą do górnej granicy dla gatunku, których wcześniej nic innego nie uśmierciło.
W pierwotnych społeczeństwach i wśród zwierząt żyjących na wolności starzenie częściej jest pierwotną przyczyną śmierci, gdyż narastająca z wiekiem głuchota, osłabiony węch czy wzrok czyniły stare osobniki bardziej podatnymi na urazy czy zabicie przez drapieżnika.
A.P.: I tu dochodzimy do pytania o to, czy jest możliwe wydłużanie życia człowieka i przesuwanie tej granicy.
Czym jest właściwie ta granica? Co wyznacza granicę życia dla gatunku?T.B.: Gdybym to wiedział, dostałbym nagrodę Nobla. Natomiast wiemy na pewno, że kiedy pobieramy od osób stuletnich albo jeszcze nieco starszych komórki – chodzi o ten typ komórek zdolnych do podziału – okazuje się, że one nadal mogą się rozmnażać. Może ich jest mniej, są mniej wydajne, ale to pokazuje, że my nie umieramy dlatego, że nasze komórki już się nie dzielą, co postulują gerontolodzy zajmujący się drożdżami. A.P.: Poza tym, trudno jest jednoznacznie powiedzieć, jaka jest granica, bo te granice są indywidualne. Najpierw naukowcy zastanawiali się, czy ludzie mają „geny starzenia” i raczej uważa się, że takich genów nie ma. Trzeba w ogóle zaznaczyć, że większość genów występujących u człowieka istnieje w różnych wariantach. To się nazywa polimorfizm. Ludzie mają różne warianty tego samego genu, z punktu widzenia ewolucyjnego równoważne i w normalnych warunkach nie podlegają one selekcji. Pani ma brązowe oczy, ja mam niebieskie… T.B.: A ja mam dwubarwne. A.P.: I prawdopodobnie mamy też bardzo dużą liczbę genów, które mają jakiś wpływ na długość życia. W zależności od tego, jaki wariant tego zestawu genów ma dana osoba, może ona żyć albo dłużej, albo krócej. A ponieważ sekwencjonowanie całego DNA (genomu) danej osoby staje się teraz rzeczą trywialnie prostą, to wkrótce będzie można porównywać genomy osób długo i krótko żyjących, choć oczywiście nie tych, którzy zmarli wpadając pod pociąg. W ten sposób będzie można znaleźć korelacje i warianty genów sprzyjające długowieczności. Jednym z takich znanych już genów jest gen kodujący białko przenoszące cholesterol. Występuje on w dwóch wariantach – jeden z tych wariantów koreluje z długowiecznością, a drugi z krótkowiecznością. Zwiększa też niebezpieczeństwo wystąpienia choroby Alzheimera. Lista takich genów, o których wiemy, że mogą mieć wpływ na długowieczność będzie wzrastała. W związku z tym, żeby odpowiedzieć na pytanie, jaka jest górna granica długości ludzkiego życia, trzeba byłoby wiedzieć, które z tych wariantów genów mają jaki wpływ na długowieczność, zebrać te korzystne warianty w jednym człowieku i zobaczyć, ile będzie żył. Ale to wymagało by zabiegów hodowlanych, u człowieka nazywanych eugeniką. T.B.: Ale nie możemy też mówić, że nie da się ocenić maksymalnej…
