Генетика з основами селекції - М.П.Мигун - 2008

РОЗДІЛ V. Генетичні основи онтогенезу

5.4. Закінчення процесів індивідуального розвитку

Заключним етапом онтогенезу є старіння організму та його смерть. Є підстави вважати, що у вищих організмів процес старіння і тривалість житія значною мірою визначається генетично. Відмирання певних диференційованих клітин властива нормальному розвитку вищих організмів. Прикладами можуть бути: руйнування тканин і органів личинки за метаморфозу у комах, клітин хвоста і зябер за перетворення пуголовка в жабу, клітин міжпальцевих перетинок у ембріонів хребетних тварин і т.п. В усіх цих та інших прикладах генетично запрограмована смерть клітин наступає на чітко визначеній стадії онтогенезу і контролюється генами. У деяких рослин і тварин генетично запрограмована смерть наступає у суворо визначений момент життєвого циклу. Хоча з приводу того, що старіння і смерть є генетично запрограмованими складовими, є й інші думки.

Механізм дії генетичних факторів, обумовлюючих старіння, остаточно не з'ясований, хоч на цей рахунок існує чимало цікавих гіпотез. Іноді в медіа з'являються повідомлення, що знайдені гени, які відповідають за старіння і т.п.

Гіпотеза програмованої загибелі клітин. Л. Хейфлік на основі своїх експериментів дійшов висновку, що смерть усіх клітин, які належать організму, відображає процес старіння на рівні окремої клітини. Передбачається, що в клітині шляхом диференційованої експресії генів незворотно здійснюється генетична програма, яка призводить до смерті. Також було доведено, що кількість послідовних поділів соматичних клітин генетично обмежена, потім вони втрачають мітотичну активність і відмирають. Число поділів клітин, що були виділені з людського ембріона, становило приблизно 50, дорослої людини 20-30, похилого віку лише декілька. Доведено, що число поділів залежить від того, скільки в нормі живуть особини виду. Так, для клітин норки тривалість життя якої близько 10 років, число поділів менше, ніж для клітин людини, а для клітин миші, яка живе приблизно 3 роки, поділів менше, ніж для клітин норки. При детальнішому вивченні клітинних поділів було помічено, що задовго до того, як вони перестають ділитися, специфічно змінюються їхні структура та функції. Відбувається комплекс змін морфологічного, фізико-хімічного і біохімічного характеру. Вікові зміни в клітині відіграють головну роль у прояві старіння тіла і призводять до смерті особини, при чому значно раніше, ніж його клітини припиняють поділ.

Якщо у комплексному наборі взаємозалежних клітин, яким є організм, накопичується достатня кількість вікових змін у життєво важливих органах, наприклад серці, мозку, - тіло помирає, хоча в ньому можуть залишатися ще немало життєздатних клітин. Отже, якщо б удалося сповільнити структурні і функціональні зміни, що виникають у клітинах, то вдалося б дожити до "генетичної межі старіння". Накопичення змін у клітинах веде до втрати контролю над різними процесами в організмі. Багато вчених вважає, що ці втрати відбуваються на клітинному рівні, зокрема в ДНК.

Існує декілька сучасних теорій старіння, але більшість дослідників вважають, що старіння зумовлено одночасно кількома причинами.

Гіпотеза помилок. Хімічні реакції обміну речовин у клітині не завжди точні, помилки можуть бути під час утворення нових молекул ДНК, РНК, білків. Механізми репарації не завжди виправляють ушкодження. Помилка у ДНК призводить до синтезу зміненої РНК, а це в свою чергу веде до синтезу змінених білків-ферментів, які працюють гірше або зовсім не працюють, унаслідок чого реакції обміну речовин припиняються і клітина не виконує свої функції, або гине. Ученими з'ясовано, що 25% ферментів у старих людей є неповноцінними, мають певні вади.

Теорія вільних радикалів. Молекули ДНК, РНК, білків усередині клітини постійно атакуються іншими молекулами - продуктами метаболізму або забрудниками навколишнього середовища. Утворюються молекули особливого виду, яких називають вільними радикалами. Вони мають високу реакційну здатність та можуть завдавати шкоди клітинним мембранам, ДНК, РНК.

Теорія поперечних зшивок. Усередині XX ст. Ю. Беркстен помітив, що желатина, яка входить до складу копіювального паперу, "старіє". Він звернув увагу на подібність цього процесу зі старінням, що спостерігається в організмі - хрящах, зв'язках. Обидва процеси пов'язані з реакціями в білках, що ведуть до втрати еластичності. Скутість у м'язах і суглобах людей похилого віку нагадувала Беркстену процес дублення шкіри, за якого білки твердіють під дією певних хімікатів. Під час дублення між молекулами білків утворюються своєрідні хімічні "містки", що називаються поперечними зшивками. Старіння організму можна пояснити виникненням містків між білковими молекулами. Такі містки клітинні ферменти не можуть розірвати. Згодом виявили наявність ще одного типу зшивок у молекулах ДНК. Зшивки між двома ланюгами ДНК не можуть бути зруйновані клітиною. Такі містки заважають синтезу РНК на ДНК, а це порушує процеси утворення життєво необхідних білків. Крім того, зшивки заважають участі ДНК в поділі клітини. Утворення зшивок у білках і ДНК може спричинятися багатьма хімічними речовинами.

Гіпотеза мозкової регуляції. Для нормального функціонування цілісного організму потрібна узгоджена робота всіх його частин(гомеостаз). Основною умовою гомеостазу є скоординована діяльність двох регулювальних систем - ендокринної і нервової. Ендокринні залози постійно контролюють внутрішнє середовище організму і в разі появи відхилень виділяють в кров гормони, які нормалізують стан. Деякі вчені вважають, що старіння клітин і організмів зумовлюється поступовою втратою здатності зберігати гомеостаз. При цьому знижується контроль за утворенням гормонів, життєві процеси розбалансовуються. Ця гіпотеза також має експериментальні докази.

Автоімунна теорія, Імунна система організму захищає його від різних хвороб. Головними компонентами імунної системи є білі кров'яні клітини двох типів - В та Т, які спеціалізовані для боротьби з бактеріями, вірусами, раковими клітинами, чужорідними клітинами... Припускають, що з віком клітини обох типів функціонують все слабше та виявляють неспецифічні функції, "нападають" на нормальні здорові клітини. Руйнування тіла Його власною імунною системою називається автоімунітетом. Зростання рівня автоімунітету в організмі, очевидно, є причиною старіння.

Старіння і смерть завершують індивідуальне життя клітини та організму. Водночас індивідуальне життя клітин, які не розмножуються, може бути значно збільшене. Дослідження умов, за яких молена запобігти старінню і смерті клітин, мають важливе принципове теоретичне та практичне значення, оскільки організм гине внаслідок смерті деякої групи життєво важливих клітин і після його смерті багато клітин залишаються живими й функціонально повноцінними.