Молекулярно-генетичні гіпотези.
Найбільшу увагу зазвичай привертають молекулярно-генетичні гіпотези, що пояснюють процес старіння первинними змінами генетичного апарату клітини. Більшу їх частину можна підрозділити на два основні варіанти. У першому випадку, вікові зміни генетичного апарату клітин розглядаються як спадково запрограмовані, у другому - як випадкові. Таким чином, старіння може бути запрограмованим закономірним процесом, логічним наслідком росту і дозрівання, або результатом накопичення випадкових помилок в системі зберігання і передачі генетичної інформації.
Якщо дотримуватися першої думки, то старіння, по суті, стає, продовженням розвитку, протягом якого, у певній, закріпленій в еволюції послідовностівключаються і вимикаються різні ділянки геному. Тоді при «розтягуванні» програми розвитку сповільнюється робота «біологічного годинника», які задають темп програмі старіння. Наприклад, в дослідах з обмеженням харчування в молодому віці (тварини з «продовженої життям») відбувається уповільнення зростання, а отже, і старіння, хоча механізм далеко не такий простий. Передбачається, що уповільнення зростання і відсунення статевого дозрівання і досягнення остаточних розмірів тіла приводить до збільшення тривалості життя. Тобто, старіння, як і інші етапи онтогенезу, контролюється генами.
Старіння помилково
Була вперше запропонована Л. Оргелом (1963). Вона грунтується на припущенні, що основною причиною старіння є накопичення з віком генетичних ушкоджень у результаті мутацій, які можуть бути як випадковими (спонтанними), так і викликаними різними ушкоджувальними факторами (іонізуюча радіація, стреси, ультрафіолетові промені, віруси, накопичення в організмі побічних продуктів хімічних реакцій та інші). Гени, таким чином, можуть просто втрачати здатність правильно регулювати ті чи інші активності у зв'язку з накопиченням пошкоджень ДНК.
У той же час існує спеціальна система репарації, що забезпечує відносну міцність структури ДНК і надійність в системі передачі спадкової інформації. У дослідах на декількох видах тварин показано зв'язок між активністю систем репарації ДНК і тривалістю життя. Передбачається її вікове ослаблення при старінні. Роль репарації чітко виступає в багатьох випадках передчасного старіння і різкого укорочення тривалості життя. Це стосується, перш за все, до спадкових хвороб репарації (прогеріі, синдром Тернера, деякі форми хвороби Дауна та інші). У той же час є нові дані про численні репарації ДНК, які використовуються як аргумент проти гіпотез помилок. У статті під назвою «Наука заперечує старість» французький дослідник Р. Россьон (1995) вважає, що в світлі цих фактів теоріянакопичення помилок в нуклеотидних послідовностях. потребує перегляду. Все ж таки репарація, мабуть, не призводить до 100% виправлення пошкоджень.
Багато геронтологи вважають, що старіння-результат накопичення таких невиправлених помилок. За словами Гейфліка, «втрата точної чи надійної (контролюючої) інформації відбувається через накопичення випадкових впливів, які ушкоджують життєво важливі молекули ДНК, РНК і білків. Коли досягається порогова величина такого роду "поразок", "ушкоджень", "похибок" або "помилок", нормальні біологічні процеси припиняються і вікові зміни стають очевидними. Істинна природа збитку, що наноситься життєво важливим молекулам, поки невідома, але відомий сам факт його прояви ».
Деякі геронтологи, і серед них Ф. Маррот Сайнекс з Медичної школи Бостонського університету, вважають, що ключовим моментом в старінні є помилки в ДНК. Необоротні зміни в хімічній структурі довгих, що утворюють ДНК ланцюжків атомів отримали назву мутацій. За Сайнексу, мутації-це зміни в інформації, зашифрованої в структурі ДНК, яка контролює функціонування клітини. Мутації можуть виникати в результаті невиправлених помилок при утворенні повой ДНК, у результаті помилок у процесі відновлення або через пошкодження ДНК забруднюючими хімічними речовинами. Мутації в ДНК клітини можуть призвести до того, що клітина почне синтезувати змінену РНК, а це в свою чергу призведе до синтезу змінених білків - ферментів. Видозмінений фермент може працювати гірше нормального, а то і зовсім не працювати. У результаті реакції обміну речовин, в яких бере участь такий дефектний фермент, можуть припинитися, і клітина перестає виконувати свої функції або навіть загине.
Теорія старіння в результаті накопичення мутацій вперше була висунута в 1954 р. фізиком Лео Сциларда який прийшов до цього висновку, спостерігаючи за дією радіації на людей і тварин, скорочується їх життя. Радіація викликає множинні мутації ДНК, а також прискорює появу таких ознак старіння, як сивина або ракові пухлини. З цього Сцілард зробив висновок, що саме мутації є причиною старіння людей і тварин. І хоча він не зумів пояснити, ка-ким чином мутації виникають у людей і тварин, що не піддавалися опромінюванню, на його думку, вони. можливо, є не що інше, як результат природних ушкоджень клітин.
Деякі сучасні геронтологи, зокрема д-р Говард Кертіс з Брукхвейнской національної лабораторії в Нью-порка, поділяють точку зору Сцілардл і також вважають, що старіння викликається накопиченням протягом життя невиправлених мутацій, що руйнують функціональні потенції клітини. Кертіс вважає, що старіння, викликане мутаціями, можна запобігти або, принаймні, сповільнити, виправляючи за допомогою генної інженерії ті процеси 11 клітинах тіла, які обумовлюють репарацію (ремонт) ДІК.
На думку деяких вчених, обумовлене мутаціями ДНК старіння не так серйозно, як старіння, викликане невиправними пошкоджень і РНК, білків і ферментів Д-р Леслі Оргел з Інституту Солка в Ла-Хойї (Каліфорнія) припустив, що помилки в синтезі РНК і білків призводять до старіння клітин в результаті, як він це назвав, «катастрофи помилок». Кожна молекула РНК, лічена з ДНК, відповідальна за синтез безлічі копій певного ферменту; РНК служить «матрицею», з якої робиться безліч ідентичних копій молекули білка. Отже, при дефектної РНК кожна білкова молекула, що сходить з «конвеєра» буде так само дефектна і не зможе ефективно брати участь у реакціях обміну речовин. Крім того, деякі ферменти беруть участь у виробництві білків на базі «матричної» РНК, а інші здійснюють синтез РНК на матриці ДНК. Значить, якщо помилка закралася в структуру РНК або білка, вона буде робити все більш ущербні «матриці», що призведе до кумулятивного ефекту - лавиноподібного накопичення помилок і до останньої катастрофи-смерті.
Вчені виявили, що дія ферментів з культури старих людських клітин ненормально: 25% таких ферментів дефектні, що служить підтвердженням теорії «катастрофи помилок» Оргела. І хоча це ще не остаточний доказ, можна сподіватися, що спроби запобігти старіння, викликане накопиченням помилок, виявляться успішними. Можливо, знадобиться усувати не первинну помилку на молекулярному рівні, а лише її наслідки. Один із способів уповільнення акумуляції помилок, який пропонує Алекс Комфорт, полягає в деяке уповільнення швидкості процесів обміну речовин і клітинах, що зменшує ймовірність виникнення помилки. Цього можна домогтися шляхом зниження температури тіла. Як підтвердили досліди, життя тварин нижчих тварин - риб і черепах - дійсно від цього подовжується.