Teljesen más lehet az öregedés oka, mint azt eddig hittük

2018. március 21., szerda 14:37, frissítve: szerda 18:06

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) genetika tanszéke és a Magyar Tudományos Akadémia Számítástechnikai és Automatizálási Kutatóintézetének (MTA SZTAKI) kutatói gépi tanulásos algoritmus segítségével jellemezték az ember 24 ezer fehérjéjét, és meghatározták, hogy közülük melyek játszhatnak szerepet az öregedési folyamatokban. Hiába az öregedés az egyik legtermészetesebb életműködés, valójában alig tudunk valamit mechanizmusáról. A terület kutatói úgy vélik, néhány éven belül valóságos robbanással felérő változások következhetnek be az öregedés megértése terén, amelyek végső soron az emberi élet meghosszabbítását is eredményezhetik.

Senki sem él örökké, tartja a népi bölcsesség – és hatalmasat téved ezzel. Hiába öregszik, majd hal meg minden ember és a legtöbb ismert élőlény, mégis van néhány olyan biológiai rendszer, amely sikeresen dacol az elmúlással. Ez a pár kivétel csak erősíti a szabályt – legyinthetünk –, csakhogy ezek (például a rákos sejtek, az édesvízi hidra – egy csalánozó –, vagy a planária nevű féreg) egyáltalán nem erősítik, hanem inkább megkérdőjelezik a szabályt.

A klasszikus felfogás szerint az öregedés természetes és automatikus biológiai folyamat. Az élet során folyamatosan sejtes károsodások (például károsodott fehérjék), negatív hatású genetikai változások (mutációk) halmozódnak fel a sejtekben. Ezek egy idő után már olyan szintet érnek el, hogy egyre inkább hátráltatják az egészséges működést, amely hamarosan leromláshoz, betegség kialakulásához, majd előbb-utóbb halálhoz vezet.

Az öregedési folyamatot tehát a sejtes károsodások életkorral történő fokozatos felhalmozódása okozza.

Azonban hogy mi a sejtes károsodások kialakulásának elsődleges genetikai oka, a mai napig ismeretlen maradt. Másképpen fogalmazva: a mai napig nem ismerjük az öregedési folyamat mechanizmusát.

Az öregedés evolúciós oka az lehet, hogy a véges források mellett a reprodukciós ciklusukon túljutott (öreg) egyedek ilyen módon távolítódnak el a közösségből, így a még szaporodó egyedek számára több forrás marad a túléléshez. Az öregedés tehát önmegsemmisítő biológiai mechanizmus, amely szükséges a fajok stabil fennmaradásához.

Az öregedésre vonatkozó aktuális kulcskérdés az, milyen gének alkotják a folyamat mechanizmusát, mi a folyamat genetikai alapja. Ha ezt ismernénk, meglenne az elvi lehetősége annak, hogy beavatkozzunk a rendszerbe, és az öregedési folyamat lassításával vagy teljes blokkolásával akár a mainál sokkal hosszabb és egészséges élettartamot is elérjünk. E törekvésben jelenthet fontos állomást az ELTE genetikusainak és az MTA SZTAKI informatikusainak közös munkája, amelyet a Nature-höz tartozó Scientific Reports folyóirat közölt.

 
Vellai Tibor
Fotó: Elte.hu
 

„Arra voltunk kíváncsiak, hogy az emberi sejtekben található fehérjék közül melyek vannak kapcsolatban az öregedéssel, tehát melyek szabályozzák, illetve melyek vesznek részt a folyamat mechanizmusában – kezdi Vellai Tibor egyetemi tanár, az ELTE genetikai tanszékének vezetője. „A fehérje-adatbázisokban immár 21 ezer szempont szerint jellemezhetők az emberi fehérjék. Ezeket betápláltuk egy általunk létrehozott gépi tanulási algoritmusba. Minthogy sok fehérjéről már eleve tudjuk, hogy szerepet játszik az öregedésben, ezek tulajdonságait alapul véve a program kiválasztott 36 olyan fehérjejellemzőt, amelyek alapján egyértelműen eldönthető egy fehérjéről, hogy az kapcsolatban áll-e vagy sem az öregedési folyamattal.”

A gépi tanulás a mesterséges intelligencia egyik típusa. A számítógép az algoritmus futása közben önállóan tanul. Megkeresi a tanítási céllal beletáplált, ismert kategóriába tartozó elemek (ez esetben fehérjék) közös tulajdonságait, ezek alapján kategorizáló eszközkészletet készít, és ezt alkalmazza a nem ismert elemek besorolására. Az eredmény általában annak valószínűsége, hogy a vizsgált elem a kívánt kategóriába tartozik-e. Ahogy egyre több és több adatot van lehetősége az algoritmusnak megvizsgálni, a kategorizálás egyre kifinomultabb lesz, és a hatékonysága sokszor jóval meghaladja a klasszikus módszerek sikerességét.

„Az algoritmus idővel eltért az alapbeállítástól, és olyan fehérjéket kezdett összefüggésbe hozni az öregedéssel, amelyekről korábban sosem gondolták ezt.

Másrészről viszont egyes fehérjéket, amelyeket eddig fontosnak tartottak ebből a szempontból, nem talált eléggé jelentősnek. A 21 ezer különféle fehérjejellemző között találjuk például azt, hogy a sejtmembránban található-e az adott fehérje, vagy a sejtplazmában, fizikai kapcsolatban áll-e más, az öregedésben szerepet játszó fehérjékkel” – mondja Vellai Tibor.

Természetesen ha a program magas valószínűségi értéket rendel a fehérjéhez (tehát meglehetősen esélyes, hogy az adott fehérje kapcsolatban áll az öregedéssel), az még mindig csak hipotézis gyártásra alkalmas. Ezután kísérletesen kell bebizonyítani a fehérje e szerepét. Ez azért is fontos, mert a tudományterületen számos fehérje szerepe igencsak vitatott. Ott van például a szirtuin fehérjék, a SIRT-1 és SIRT-2. Korábban leírták, hogy a fehérje rendkívül fontos az öregedés szabályozásában, amely a laikusok szintjén úgy csapódott le, hogy azonnal megjelent a szirtuindiéta, amit a fogyás és a megfiatalítás bombabiztos módszereként reklámoztak. Csakhogy néhány éve megjelent a Nature-ben egy cikk arról, hogy hiába ütötték ki (tették működésképtelenné) a fehérje génjét különféle modellállatokban, a kezelt állatok élettartama nem változott meg a beavatkozás után. E kísérletek kimutatták, a szirtuinok nem befolyásolják az öregedést. A mostani géptanulásos módszer azonban a SIRT-2 fehérjét az egyik legerősebb öregedési fehérjeként azonosította. Ennek tükrében újra érdemes megvizsgálni a fehérje szerepét az öregedési folyamat befolyásolásában.

„Van sok olyan humán fehérje a listán, amelyekről korábban senki sem tudta, hogy közük lehet az öregedéshez. Ezek potenciális új öregedéssel kapcsolatban álló humán fehérjék. A kutatás következő lépcsőfoka az lesz – és ezt már el is kezdtük –, hogy

fonálférgekben egyenként kiütjük e fehérjék génjeit, és figyeljük, hogy módosul-e az élettartamuk”

– magyarázza a tanszékvezető. „Ez az új matematikai elemzés, amely fél év alatt zajlott le, hosszú évek laboratóriumi küszködésétől szabadított meg minket, és segítségével pontosan megjósolható, hogy mely fehérjék szerepét érdemes kísérletesen is ellenőrizni.”

Ezek az eredmények logikusan követik egymást, azonban ha kissé hátrébb lépünk, és megpróbáljuk az öregedési folyamat mechanizmusát szemlélni, akkor egy rendkívül formabontó elképzelés világlik ki. Amikor ugyanis a kutatók „öregedési fehérjékről” és az öregedési folyamatban „szerepet játszó” faktorokról beszélnek, úgy gondolják, hogy e fehérjéknek az a feladatuk, hogy „akaratlagosan” öregítsék a szervezetet. Holott mi érdeke lenne a géneknek abban, hogy a saját hordozó szervezeteit elrontsa, majd végül elpusztítsa? Az öregedésről eddig szükségszerű, elkerülhetetlen rosszként gondolkodtunk. Ezidáig.

„Az úgynevezett öregedési fehérjék befolyásolják az öregedési folyamat sebességét, rátáját. Ha egy ilyen fehérjét kódoló gént kikapcsoljuk, akkor az érintett állat élettartama jellemzően megnövekszik, tehát a fehérje normális funkciója valójában az öregedési folyamat szabályozása volt.

Ilyen szabályozó funkciójú fehérjéből az elmúlt harminc évben körülbelül ötszázat azonosítottak” – folytatja Vellai Tibor.

„Ugyanilyen fontos kérdés azonban, hogy mi az a molekuláris mechanizmus, amely öregíti a testet. Nos, erre azt tudom mondani, hogy jelenleg nem ismerjük az öregedés mechanizmusát. Viszont ha megismerjük a mechanizmust, akkor is ott lesz a kérdés, hogy miért rendelkezünk olyan fehérjékkel, amelyeknek az a dolguk, hogy öregítsenek minket. Ez feltehetően evolúciós optimumot szolgáltat. Ha nem lenne öregedési folyamat, és nem halnának meg az egyedek, akkor pillanatok alatt túlszaporodnának a fajok, pillanatok alatt felélnék az erőforrásokat, és hamar kihalnának. Nézzük például az E. coli baktériumot, amely egy olyan pici sejt, hogy mikroszkóp nélkül láthatatlan. Ha ez a sejt korlátlan források segítségével szabadon osztódhatna (egy sejtből kettő képződik, kettőből négy, négyből nyolc, és így tovább), akkor két nap alatt a föld tömegével megegyező biomasszát képezne a kiindulási sejtünk.”

Magyarul az elmélet szerint azért van öregedés (és azért vannak olyan gének, amelyek elősegítik az öregedést), mert

génjeink hosszú távon akkor járnak jól, ha egy idő után, mikor a szaporodás szempontjából már hasznavehetetlenné válunk, megszabadulnak tőlünk, és az utódainkba átadott génjeink tovább élhetnek.

Ekkorra ugyanis már utódainknak tovább örökítettük génjeink kópiáit, így a gén fennmaradása biztosított. Természetesen ez a gondolatmenet nem tartalmaz semmiféle értékítéletet az idősek társadalmi hasznosságára vonatkozóan, itt csupán a gének önzőségének megnyilvánulásáról van szó.

„A sejtek automatikus öregedéséről szóló elméletek hosszú évtizedek intenzív kutatása ellenére sem nyertek mindmáig bizonyítást. Mi azt gondoljuk, hogy a tudományterület hatalmas robbanás előtt áll. Sok olyan sejtet ismerünk ugyanis, amelyek nem öregszenek. Ilyenek például a csíravonal (az ivarsejteket képző) sejtek, a rákos sejtek vagy a planária és édesvízi hidra testi sejtjei. Ezek a sejtek nem mutatják az öregedési folyamat jellemzőit, tehát sejtvonaluk potenciálisan halhatatlanok. Pedig ezek sem mentesek a genomot érintő mutációktól, és az anyagcsere során képződött sejtes károsodásoktól.” – tartja a genetikus.

Továbbra sem ismert tehát az öregedés alapjául szolgáló molekuláris mechanizmus, amely végül elvezet az egyén halálához.

De ha egyszer ismert lesz, vajon ez azt is jelenti majd, hogy befolyásolni fogjuk az öregedést, és akár meg is állíthatjuk? És szabad-e ezt tennünk, a tudományos fejlődés ellenzőinek kedvenc szólamát alkalmazva, „játszhatunk-e Istent”?

„Az emberi élet meghosszabbítása nem valami új törekvés. Amikor az ember orvosi szolgáltatásokat vesz igénybe, azoknak szinte mindig az élet meghosszabbítása a céljuk, legyen az a rák, az Alzheimer-kór vagy bármilyen más öregkori betegség kezelése. De éppen ezért vesztegel a mai orvostudomány zsákutcában” – érvel Vellai Tibor. „Ahelyett ugyanis, hogy magát az öregedési folyamatot ismernénk meg, az öregkori betegségek széles skáláját igyekszünk egyedileg gyógyítani. Ezzel azonban nem oldjuk meg az öregedés problémáját. Például ha gyógyítani tudnánk a rákot, mindössze azt érnénk el, hogy nem rákban, hanem egy másik öregkori betegségben pl. Alzheimer kórban betegednénk meg és halnánk meg. Ha azonban az öregedési folyamat rátáját tudnánk csökkenteni, azzal az összes öregkori betegség kialakulását egyidejűleg késleltethetnénk.”

 

Legolvasottabb cikkek

A szerkesztő ajánlja

Molnár Csaba

176 millió kamera kereszttüzében: a kínai Nagy Testvér mindenkire odafigyel

Az, ami Orwell idejében még disztópiának tűnt, a mindent látó kamerának hála szép lassan valósággá válik.

Pethő Tibor

1938. augusztus 25. – 2018. április 11.

Elhallgatni nem fogunk. Várunk, reménykedünk, imádkozunk. Mert lehet egy újságnak bárki is a tulajdonosa, azt pontosan tudjuk, hogy a mi igazi „gazdánk” az olvasó.

Stier Gábor

Szomorú búcsú Eraszt Fandorintól

Borisz Akunyin húsz év után nemcsak világhírű regényhősét, hanem a kilencvenes években az orosz jövőről szőtt álmait is eltemeti.

Lakner Dávid

Lajcsika, ha te mindig játszol, miből éltek?

Inkey Alice Szőts Istvánról, Latinovits jókedvéről és Kosztolányi Dezső fekete pöttyös nyakkendőjéről.