Asa-numitele „ceasuri epigenetice” ii ajuta pe biologii salbaticii sa estimeze varsta animalelor mult mai usor decat in trecut. Dr. Woodruff, un biolog al vietii salbatice la Serviciul Peste si Faunei Salbatice din SUA, urmareste populatia de ursi din Alaska. Ea trebuie sa stie cati ani au pentru a estima cati vor muri in curand de batranete si cati vor intra in anii lor de reproducere si vor incepe sa produca pui.
Pana de curand, singura modalitate sigura de a determina varsta unui urs polar a fost extragerea unui premolar si inspectarea inelelor de crestere a acestuia. „Niciun cercetator nu vrea sa o faca”, a spus Dr. Woodruff intr-un interviu luni, chiar inainte de a porni intr-o excursie in North Slope din Alaska.
In aceasta calatorie, mai degraba decat sa smulga dintii, ea va face doar sange. Folosind o metoda cunoscuta sub numele de ceas epigenetic, ea si colegii sai vor putea estima varsta ursilor analizand etichetele chimice de pe ADN-ul lor. Ea si colegii ei au descoperit recent ca utilizarea acestei metode ofera o estimare in termen de un an a varstei reale a ursilor, facand-o mai precisa decat examinarea dintilor.
Implicatiile ceasului merg dincolo de ursii polari. Joi, o echipa internationala de oameni de stiinta a publicat un studiu in revista Nature Aging, care arata ca ceasurile epigenetice ticaie in interiorul a 185 de specii diferite de mamifere, inclusiv oameni. Acest studiu, precum si unul similar publicat joi in revista Science, sugereaza ca ceasul epigenetic incepe sa ticaie la scurt timp dupa fertilizarea unui organism, iar viteza lui determina cat de mult poate trai o specie.
„Ai un liliac, ai o balena – cu ecologii complet diferite – dar poti folosi aceeasi formula matematica pentru a masura imbatranirea”, a spus Steve Horvath, care a condus ambele noi studii in calitate de cercetator principal la Altos Labs, o companie biotehnologica. companie cu sediul in zona golfului San Francisco. „Este complet uluitor.”
Imagine
Intr-un studiu recent publicat despre imbatranire, cercetatorii au studiat 183 de mamifere, inclusiv scorpiiul mascat, care are o durata de viata de doar unul pana la doi ani. Credit… Don Johnston/Alamy Stock Photo
Ceasul epigenetic este posibil datorita milioanelor de molecule mici numite grupari metil care sunt legate de ADN-ul nostru ca luminile de Craciun pe un fir. Cand o celula se imparte, ADN-ul din cele doua celule noi se termina de obicei cu acelasi model distinctiv de grupari metil. Dar celulele noastre au si enzime care pot scoate gruparile metil din ADN.
Oamenii de stiinta stiu despre metilare de zeci de ani, dar inca incearca sa descopere exact care este scopul acesteia. Cel mai probabil are ceva de-a face cu mentinerea genelor active sau reduse la tacere. Adaugarea de grupari metil in jurul unei gene poate fi un pas in oprirea acesteia, in timp ce indepartarea acestora poate fi implicata in reactivarea genei.
In anii 1960, oamenii de stiinta sovietici au observat ca, pe masura ce somonul a imbatranit, ADN-ul lor a devenit mai putin metilat. In anii urmatori, cateva studii au gasit un model similar la alte specii. Si alte cercetari au descoperit ca anumite regiuni ale ADN-ului obtin grupuri de metil suplimentare odata cu varsta.
La inceputul anilor 2010, dr. Horvath, pe atunci de la Universitatea din California, Los Angeles, s-a intrebat daca ar putea prezice varsta unui organism doar din modelul sau de metilare. El a alimentat un computer cu date de metilare de la mii de celule umane. Dr. Horvath a antrenat apoi masina sa foloseasca acele date pentru a prezice varsta oamenilor de la care provin celulele.
Dr. Horvath a raportat in 2013 ca un computer trebuia sa examineze doar 353 de puncte din ADN-ul unei celule pentru a face o presupunere care se afla la cativa ani de varsta cronologica a unei persoane. In deceniul de dupa, el si altii au incercat sa construiasca ceasuri epigenetice si mai precise. Cercetarile au aratat, de exemplu, ca fumatul, obezitatea si consumul de alcool pot adauga ani la ceasul epigenetic si ca aceasta accelerare a varstei biologice prezice un risc mai mare de deces.
Cu toate acestea, exista multe despre ceasurile epigenetice pe care oamenii de stiinta inca nu le inteleg. „Stim ca functioneaza, dar nu stim de ce”, a spus Alexander de Mendoza, biolog molecular la Universitatea Queen Mary din Londra.
Aceasta incertitudine i-a lasat pe unii sceptici sa se intrebe daca ceasul epigenetic dezvaluie ceva care poate face diferenta din punct de vedere medical. „Inca astept sa fiu convins ca metrica generata are vreo valoare”, a spus dr. John Greally, expert in epigenetica la Colegiul de Medicina Albert Einstein din New York.
Dr. Horvath si colegii sai au raspuns scepticilor cautand o intelegere moleculara mai profunda a ceasului. In noul proiect, dr. Horvath a contactat biologii care studiaza mamiferele si a cerut sange si tesuturi pentru a le examina. I-au trimis materiale din sute de specii.
Oamenii de stiinta au antrenat un computer pentru a crea un nou ceas care ar putea prezice varsta animalelor pe baza unui singur model epigenetic intre specii. A reusit sa faca predictii bune despre varstele a 185 de specii analizand mai putin de 1.000 de pete din ADN-ul mamiferelor.
Aceasta descoperire inseamna ca biologii ar putea sa estimeze varsta animalelor mult mai usor decat in trecut – nu doar ursii polari, ci orice mamifer salbatic. Pe masura ce tehnologia se maturizeaza, cercetatorii spera sa treaca de la sange la saliva sau, probabil, fecale, care ar putea fi colectate in moduri mai putin invazive.
„Acesta este o descoperire majora in domeniu si o descoperire fascinanta si importanta”, a spus Joao Pedro de Magalhaes, expert in imbatranire la Universitatea din Birmingham, care nu a fost implicat in studiu. Dr. de Magalhaes a prezis ca nu numai ca ii va ajuta pe biologi sa estimeze cu mai multa precizie varsta animalelor salbatice, ci si sa descifreze de ce toate mamiferele – inclusiv noi – imbatranesc.
Rezultatele timpurii ale ceasurilor epigenetice au creat, de asemenea, o noua piata. O serie de companii ofera acum sa estimeze varsta biologica a oamenilor prin masurarea ceasului lor epigenetic. Dar niciunul dintre aceste teste nu a fost aprobat de Food and Drug Administration.
„Exista o multime de smecheri si vanzatori de ulei de sarpe care au incercat sa faca bani din asta, iar domeniul ceasului epigenetic este cu siguranta raspandit cu el”, a spus Tony Wyss-Coray, expert in imbatranire la Universitatea Stanford. „Daca le spui oamenilor ca e pentru distractie, e in regula. Dar nu asta spun ei acum.”
In cele din urma, dr. Horvath spera ca ceasurile epigenetice ii vor ajuta pe oamenii de stiinta sa gaseasca tratamente care incetinesc procesul de imbatranire. Oamenii de stiinta testeaza multe posibilitati la soareci si alte animale, dar este greu de stiut daca cei de succes vor functiona si la oameni. A avea un ceas care functioneaza pentru toate mamiferele ar putea ajuta la reducerea decalajului.
Cercetatorii au descoperit ca unele tulpini de soareci traiesc mai mult daca caloriile lor sunt reduse, de exemplu. Folosind ceasul universal pentru mamifere, dr. Horvath si colegii sai au comparat soarecii de 19 luni cu o dieta restrictionata cu soarecii de aceeasi varsta cu o dieta normala. Soarecii care urmau o dieta restrictionata au avut ceasul intors cu patru luni inapoi.
Un tratament care imita restrictia calorica la soareci le-ar putea lasa intr-o zi pe oameni sa-si incetineasca ritmul de imbatranire biologica. Dar dr. Horvath a avertizat ca cercetarile sale asupra ceasului epigenetic l-au facut sa se indoiasca ca oamenii vor trai vreodata peste durata maxima a vietii umane de aproximativ 120 de ani.