В Санкт-Петербургском Институте цитологии разработана методика определения биологического возраста человека, построенная на использовании сразу двух количественных показателей — длины теломерных участков хромосом и уровня метилирования ДНК в клетке. Для определения обоих параметров используется прибор для полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ).
ДНК-полимераза не способна копировать ДНК полностью, с самого начала до самого конца, поэтому теломеры, концевые участки хромосом, при каждой репликации ДНК, то есть при каждом делении клетки, сокращаются. В принципе существует фермент теломераза, который достраивает ДНК до прежней длины, но в большинстве клеток он заблокирован
Фото: SPL/ EASTNEWS
У каждого свое время
Хронологический, или паспортный, как говорят неспециалисты, возраст человека легко определить, для этого достаточно знать дату рождения. Но часто человек выглядит так, что ему трудно дать столько лет, сколько он прожил. Или, наоборот, выглядит явно старше своих лет. Особенно трудно это оценить на взгляд у человека во второй половине его жизни.
Психологическая, биологическая или социальная границы старости индивидуальны для каждого. При этом образ жизни, диета, специальные косметологические процедуры еще сильнее могут замаскировать паспортный возраст.
Биологический возраст тоже индивидуален, но он более точно определяет реальный возраст человека, его не обманешь никакими процедурами омоложения. Старение начинается с изменений на молекулярном и клеточном уровне. Накопившиеся за время жизни ошибки в геноме ведут к перерождению клеток и даже тканей, отложившиеся шлаки затрудняют биохимические процессы, а сумма повреждений организма превышает его естественный предел прочности.
Возрастная классификация Всемирной организации здравоохранения
Выбор критериев возраста
Современная молекулярная биология предлагает достаточно много механизмов, отвечающих за старение. Это и накопление ошибок в ДНК, связанное с ухудшением работы систем репарации, и накопление маркеров апоптоза, и появление большого количества неправильно свернутых белков, и накопление свободных радикалов, разрушающих работу клеточных систем, и так далее. Но часто эти показатели противоречат друг другу, и для них пока нет референтных материалов для стандартизации измерения.
Среди всех этих маркеров "молекулярной" старости на сегодня есть только два, которые уже достаточно стандартны для того, чтобы полученные в разных лабораториях результаты можно было сравнивать друг с другом с хорошей степенью достоверности, и достаточно точно отражающие реальный биологический возраст организма.
Во-первых, это длина теломер, то есть концевых участков хромосом, необходимых для поддержания целостности генома. При каждом клеточном делении длина этих участков уменьшается, и когда их длина уменьшается до определенного значения, дальнейшее деление клетки становится невозможным.
Во-вторых, это уровень метилирования ДНК. Недавние исследования различных тканей человека показали, что изменения профилей метилирования в них связаны не только с развитием возрастных заболеваний, но и с хронологическим возрастом. Они позволяют сравнивать биологический возраст различных тканей одного организма, что существенно облегчает поиск взаимосвязи ускоренного старения и факторов его вызывающих.
Один прибор — два показателя
Было бы идеально определять биологический возраст с использованием сразу двух показателей, потому что укорочение теломер и изменение уровня метилирования ДНК в клетке связаны с различными процессами и комбинация этих двух параметров позволяет получить более полную картину, характеризующую биологический возраст.
Так, собственно, и поступают. Проблема лишь в том, что, хотя обе эти характеристики относятся к ДНК, их оценка проводится с использованием разных методик. Мы же предлагаем использовать для исследования обоих параметров прибор для полимеразной цепной реакции в реальном времени (ПЦР-РВ), который не требует дорогостоящих реактивов, достаточно точен и позволяет проводить экспресс-анализ.
Для определения длины теломер метод ПЦР-РВ уже зарекомендовал себя как один из наиболее точных и при этом относительно недорогих методов. А плавление ДНК с высоким разрешением, проводимое с использованием того же прибора, позволяет однозначно определить профиль метилирования ДНК, что было успешно показано в нашей лаборатории и потом подтверждено на международном уровне.
Что дальше
Предлагаемая комбинация методов существенно упрощает и ускоряет проведение измерений. Результат можно получить всего за несколько часов. Что дает практической медицине такой экспресс-метод оценки биологического возраста?
При переходе от массовой к персонализованной медицине именно биологический возраст может стать критерием выбора рекомендаций для пациента. А мониторинг биологического возраста позволит врачу постоянно корректировать свои рекомендации, что, в свою очередь, позволит продлить период активной старости и повысить качество жизни пожилых людей.
Кроме того, простой, недорогой и доступный метод открывает возможность проводить популяционные исследования биологического возраста и в итоге получить реальную картину здоровья нации.
Надежда на бессмертие
В 1960-е годы американский геронтолог Леонард Хейфлик открыл, что клетки человека в клеточной культуре умирают приблизительно после 50 делений (предел Хейфлика). Для объяснения этого явления советский биолог-теоретик Алексей Оловников в начале 1970-х годов сформулировал теорию старения вследствие недорепликации последовательностей ДНК на концах хромосом (теломерных участков). Проще говоря, при каждом клеточном делении длина этих участков уменьшается и наступает момент, когда дальнейшее деление клетки становится невозможным. Позже теломерная теория старения Оловникова была подтверждена экспериментально — человек несет в себе предел, за который нельзя перейти, и движется к смерти без надежды на ее отдаление.
Однако новейшие исследования показывают, что даже в соматических клетках возможна активация теломеразы — специального фермента, увеличивающего длину теломерных повторов на концах хромосом (он работает в некоторых видах раковых клеток, обеспечивая их бессмертие).