الدكتور أمير باشان من جامعة بار إيلان يبحث كيف أن العملية التي تبدأ بشكل عشوائي وغير مخطط له وتختلف بين أشخاص مختلفين وحتى بين الخلايا المختلفة في نفس الشخص، تؤدي في النهاية إلى نفس النتائج المحددة مسبقًا؟
منذ لحظة تكوين الجنين، يتطور وينمو ليصبح بالغًا وفقًا لخطة وراثية دقيقة. هل الشيخوخة مجرد استمرار لنفس الخطة؟ معظم الباحثين مقتنعون بالنفي. على الرغم من أن أعراض الشيخوخة، مثل التجاعيد والشعر الأبيض والتراجع العام في وظائف الجسم، شائعة لدى جميع البشر، إلا أنها في الواقع نتائج عملية تآكل عشوائي للخلايا، وتراكم الكثير من الأضرار غير المخطط لها. مثل الطفرات الجينية العشوائية أو تلف بنية الحمض النووي.
وهنا مفارقة. كيف لعملية تبدأ عشوائياً وغير مخطط لها وتختلف بين أشخاص مختلفين وحتى بين خلايا مختلفة في نفس الشخص، أن تؤدي في النهاية إلى نفس النتائج المحددة مسبقاً؟
هناك العديد من النظريات التي تحاول الإجابة على هذه الفجوة، وسيكون لها أهمية كبيرة فيما يتعلق بقدرتنا على التأثير على عملية الشيخوخة وربما حتى إطالة متوسط العمر المتوقع. يدعي النهج التقليدي أن معظم الخلايا لا تتأثر فعليًا بعملية التجوية العشوائية لأنها تتضرر بشكل طفيف فقط. الشيخوخة هي نتيجة وجود عدد صغير من الخلايا في كل نسيج والتي كانت درجة الضرر فيها كبيرة بما يكفي للتسبب في فشل خطير. على سبيل المثال، يمكن للخلية التي تعرضت لأضرار كبيرة تنشيط آلية "التدمير الذاتي" أو الدخول في نوع من الغيبوبة - والتوقف عن العمل. وهذا يمكن أن يسبب انخفاضا في وظيفة الأنسجة بأكملها.
وعلى النقيض من ذلك، منذ حوالي 15 عامًا، اقترح البروفيسور جان ويجيج وباحثون آخرون نهجًا مختلفًا تمامًا. يوجد داخل كل خلية حية آلاف الجينات التي يتم التحكم في نشاطها بدقة، مثل أوركسترا تضم آلاف الآلات الموسيقية. وادعى البروفيسور ويجاج أنه مع التقدم في السن، تتضرر العديد من الخلايا بشكل طفيف فقط وتفقد السيطرة الدقيقة على الجينات بشكل طفيف فقط، ولكن قدرة الخلايا على العمل معًا كأنسجة تتضرر بشكل كبير. وفقا للبروفيسور فيجاي، في الأنسجة القديمة، تعزف كل خلية سيمفونية مختلفة قليلا.
وكان من الصعب استيعاب هذه النظرية. وبدلاً من وضع أصابع الاتهام على إخفاقات محددة، تحدثت عن اضطراب عام، غير محدد حقًا، يشمل جميع الخلايا أو جزءًا كبيرًا منها. هذا الاختلاف مهم جدًا عندما نفكر في تطوير علاج مضاد للشيخوخة. من الممكن، على الأقل من حيث المبدأ، إزالة عدد قليل من التفاح الفاسد من كومة من التفاح الجيد، ولكن ما الذي يمكن فعله عندما لا تكون جميع الثمار فاسدة ولكنها ليست طازجة أيضًا؟
أبعد من ذلك، كان من الصعب العثور على نتائج تدعم هذه النظرية. وفي السنوات العشر الأخيرة، تمكن العلماء من قياس نشاط الجينات في كل خلية على حدة، وكان من المتوقع أن يتيح ذلك التعرف على نفس الاضطراب العام. لكن النتائج كانت مربكة. في بعض الأنسجة وفي بعض أنواع الخلايا شوهد تأثير الشيخوخة، ولكن في البعض الآخر لم يظهر. يبدو أن النظرية لا تصف في الواقع العملية الأساسية للشيخوخة.
هذا هو المكان الذي وصلنا فيه إلى الصورة. يمتلك الفيزيائيون خبرة في الظواهر الناتجة عن العمل المشترك للعديد من العناصر، خاصة عندما تكون لها خصائص عشوائية، في مجالات تسمى الفيزياء الإحصائية وعلوم الشبكات. اتضح أنه في العديد من الأمثلة، بدءًا من أجهزة الكمبيوتر الموجودة على الإنترنت وحتى شبكة الخلايا العصبية في الدماغ، يعتمد عمل النظام بشكل أساسي على الروابط بين العناصر وتنسيقها.
إن الأداء السليم للأنسجة البيولوجية لا يعتمد فقط على النشاط الدقيق لكل جين، بل على التنسيق بينهما. كما هو الحال في الأوركسترا، سيتم ضبط كل آلة بشكل مستقل، دون التنسيق الدقيق بينها - سيكون اللحن متنافرًا. في الخلية البيولوجية، يتم التنسيق من خلال شبكة من التفاعلات بين الجينات. أردنا التحقق: أثناء الشيخوخة، هل تتراكم الإصابات في آليات التنسيق مما يؤدي إلى انخفاض قدرة الجينات على العمل معًا؟ هل تبدأ أوركسترا الحدائق في التشكل مع تقدم العمر؟
طريقة الإجابة على هذا السؤال ليست سهلة. ليس لدينا الخريطة الكاملة لتلك الشبكة من التفاعلات المسؤولة عن التنسيق بين الجينات، لذلك من الصعب أيضًا تحديد ما إذا كانت قد تضررت. لكن لحسن الحظ، في بعض الأحيان لا تحتاج إلى معرفة كل التفاصيل لفهم الصورة الكبيرة. وفي البحث، قمنا بتطوير طريقة حسابية جديدة يمكنها قياس مستوى التنسيق بين الجينات حتى بدون الحصول على الصورة التفصيلية للشبكة بأكملها. استخدمنا هذه الطريقة لدراسة نشاط الجينات في الخلايا الفردية وقارنا مستويات التنسيق كما تم قياسها في الخلايا "الشابة" (من فأر صغير) إلى الخلايا "القديمة" (من فأر عجوز).
وبالطريقة الجديدة رأينا ما لم يستطيعوا رؤيته بالطرق السابقة. بدأت الخلايا القديمة تفقد قدرتها على التنسيق بين الجينات. وللتحقق من مدى اتساق هذه الظاهرة، قمنا بتحليل البيانات التي تم جمعها من ما لا يقل عن عشرين تجربة أجريت في ستة مختبرات مختلفة حول العالم. وفي جميع الحالات رأينا نفس الظاهرة وهي فقدان التنسيق بين الجينات الموجودة في الخلايا القديمة، سواء كانت ذباب الفاكهة أو فئران المختبر أو الإنسان. لأول مرة رأينا أن نظرية البروفيسور فيجاج منذ 15 عامًا تحدث بالفعل.
وفي وقت لاحق من الدراسة رأينا أن نفس الانخفاض في التنسيق بين الجينات يرتبط مباشرة بتراكم الضرر الجيني. إذا كان الأمر كذلك، فإن الصورة التي تظهر هي كما يلي: أثناء الشيخوخة، يتراكم الضرر بشكل عشوائي في آليات التحكم في الخلايا ويضعف القدرة على التنسيق بين الجينات. ونتيجة لذلك، هناك انخفاض عام في التنسيق بين الجينات في الأنسجة القديمة.
مثل هذه الصورة تفتح الباب أمام اتجاهات جديدة ذات أهمية عملية. هل نفس الانخفاض في التنسيق بين الجينات الذي رأيناه والذي يعود باستمرار، هو في الواقع عامل مهم يؤدي في الواقع إلى ظاهرة الشيخوخة؟ وإذا كان الأمر كذلك فإن الجهود الرامية إلى تطوير علاجات للشيخوخة الصحية لا ينبغي أن تركز على البحث عن خلايا محددة تعرضت لأضرار بالغة، بل على تطوير أساليب لتأخير تراكم الضرر في المقام الأول، على سبيل المثال من خلال تعزيز آليات الإصلاح الطبيعية.
ما الذي يمكن فعله لمنع الشيخوخة؟ دكتور أمير باشان: "إذا كان الأمر مجرد عدد قليل من الأعشاب الضارة، أو عدد قليل من الخلايا التي تضررت بشدة - فيجب علاجها". لكن في المقال وجدنا لأول مرة دليلا واسعا على ظاهرة قد تكون أكثر إشكالية بكثير، وهي أن تراجع وظائف الأنسجة في الشيخوخة يحدث كتأثير تراكمي لجميع الأضرار الصغيرة التي حدثت للعديد من الخلايا، وربما لجميعها. منهم. بمعنى آخر، لا يتعلق الأمر بفشل النقاط، بل يتعلق بظاهرة تؤثر على جميع الخلايا أفقيًا. وهذا له آثار كبيرة على النهج الكامل لكيفية الإصلاح. إذا كان الأمر كذلك بالفعل، فأمامنا خياران: الأول، إيجاد طرق لتقليل معدل تراكم الأضرار من خلال الوقاية - على سبيل المثال، التغذية، ومدة حياة صحية، والحد من الإجهاد العقلي، والحد من التعرض لمواد معينة، وما إلى ذلك. [بالمناسبة، هذا مشابه جدًا لاستراتيجيتين لمكافحة السرطان: علاج الخلايا الخبيثة - التي تراكمت لديها بالفعل الكثير من الطفرات، أو منع الطفرات عن طريق تقليل التعرض لعوامل الخطر. الصورة بين الشيخوخة والسرطان ليست عرضية. يمكن أن تكون هاتان نتيجتان لنفس العملية - تراكم الأضرار العشوائية]
الخيار الثاني هو الاستفادة من آليات الإصلاح الطبيعية الموجودة في الخلايا. تمتلك خلايانا آليات صيانة تعرف كيفية التعامل مع الضرر. عندما يتجاوز معدل الضرر (على سبيل المثال، معدل الطفرات) معدل الإصلاح، يبدأ الضرر في التراكم أكثر فأكثر. إذا وجدنا طريقة لتعزيز هذه الآليات، فقد نتمكن من منع العملية أو تأخيرها".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
