Модельний вид оси, що вже давно привертає увагу науковців та є об’єктом численних досліджень, виявив ще одну вражаючу здатність: можливість призупиняти свій розвиток у відповідь на зовнішні умови, що призводить до сповільнення темпів старіння протягом дорослого життя. Ці нові відкриття демонструють, що біологічне старіння не є незмінною траєкторією, і відкривають нові горизонти для досліджень у галузі геронтології та епігенетичних втручань.
У першому дослідженні, що безпосередньо продемонструвало можливість модуляції епігенетичного годинника комахи умовами раннього життя, а не лише плином часу, вчені з Лестерського університету з’ясували, що оса-наїзник (Nasonia vitripennis) має витончену здатність брати “тайм-аут” на ранній стадії свого розвитку — личинковій, відомій як діапауза. Ці особини мали молекулярне старіння на 29% повільніше, ніж ті, що не робили цієї перерви, і жили значно довше.
Як виміряти біологічний вік оси?
Щоб виміряти, як швидко біологічно старіють оси, дослідники зосередилися на метилюванні ДНК. Цей процес передбачає приєднання мікроскопічних хімічних міток (метильних груп) до певних ділянок ДНК. Ці мітки змінюються передбачуваним чином у міру старіння організму. Використовуючи повногеномне бісульфітне секвенування, науковці змогли “побачити” всі мітки метилювання по всьому геному, аж до окремих літер ДНК. З понад 700 000 ділянок (CpG-сайтів), що демонструють метилювання, вони звузили коло до тих областей, які найбільше змінювалися з віком. Зрештою, 27 CpG-сайтів сформували так званий епігенетичний годинник оси.
Для перевірки цієї гіпотези дослідники використали екологічний сигнал — вплив холоду та темряви на самок — щоб викликати діапаузу у їхнього потомства, яка тривала три місяці. Після цього оси вийшли з вимушеної “сплячки” та відновили нормальний розвиток, перейшовши у дорослу стадію свого життєвого циклу.
Однак сталося дещо надзвичайне: ці оси жили на 36% довше (в середньому 30 днів проти 22 днів) і старіли майже на третину повільніше на молекулярному рівні, ніж комахи, що не проходили діапаузи.
“Це наче оси, які взяли перерву на початку життя, повернулися з додатковим часом у банку”, — зазначив старший автор дослідження Еймон Меллон, професор еволюційної біології Лестерського університету. “Це показує, що старіння не є висіченим у камені; його можна сповільнити впливом довкілля, навіть до початку дорослості”.
Ці оси були епігенетично старшими невдовзі після діапаузи (на шостий день), ймовірно, через зміни метилювання при пробудженні, але до 30-го дня вони були в середньому на 2,7 дня біологічно молодшими, ніж контрольні особини. Якщо перевести цей проміжок часу на людські роки, це становить значне сповільнення процесу старіння.
Що таке епігенетичний годинник?
Епігенетичний годинник — це біологічний секундомір, що вимірює, наскільки старим виглядає ваше тіло (або його частина) на молекулярному рівні, відстежуючи зміни в метилюванні ДНК. Можна уявити ДНК як наш креслярський план, а метилювання — як зношення, що починає виявлятися з віком. Епігенетичні годинники відстежують це, щоб оцінити біологічний вік організму, незалежно від його календарного віку. Це вимірювання старіння стало стрімко розвиваючоюся галуззю досліджень у геронтології, оскільки ми шукаємо способи довше залишатися здоровими в літньому віці.
У ос, які пройшли свою “молодіжну” сплячку, їхні епігенетичні годинники “тікали” повільніше протягом життя, надаючи перші прямі докази того, що біологічне старіння можна маніпулювати у безхребетних. Звісно, це оса — і, очевидно, такий вид діапаузи не можна перенести на людину — але розуміння того, що відбувається з комахами на молекулярному рівні, щоб зміцнити їхню ДНК для майбутнього життя, є захоплюючим кроком вперед у дослідженнях, спрямованих проти старіння.
Цей вид оси може бути краще відомий деяким людям завдяки своєму досить жорстокому способу розмноження. Самка відкладає яйця всередині лялечок мух, просвердлюючи зовнішню оболонку та вводячи отруту, щоб паралізувати господаря. Потім вона відкладає десятки яєць всередину, і коли личинки оси вилуплюються, вони поїдають ще живу муху зсередини. Вони їдять її обережно, уникаючи життєво важливих частин, щоб зберегти її живою якомога довше. Після повного розвитку молоді оси прогризають собі шлях назовні.
Але вони також стали моделлю для вивчення в науці про боротьбу зі старінням, оскільки, на відміну від багатьох інших безхребетних, вони мають функціонуючу систему метилювання ДНК — як і люди. Це, у поєднанні з коротким терміном життя, робить їх чудовою мішенню для геронтологічних досліджень. Вони також є об’єктом нейробіологічних досліджень, а знакове картографування їхнього мозку у 2019 році забезпечило значний прогрес у цій галузі.
“Розуміння того, як і чому відбувається старіння, є великим науковим викликом”, — сказав Меллон. “Це дослідження відкриває нові шляхи для досліджень не лише в біології ос, а й у ширшому питанні про те, чи зможемо ми одного дня розробити втручання для уповільнення старіння на його молекулярних коренях”.
Це дослідження є першим, що демонструє довгострокові наслідки стану спокою, в який можуть впадати деякі тварини. І дослідники змогли чітко побачити, що це молекулярне уповільнення має чіткі біологічні шляхи, що ним керують. Деякі з них, наприклад, ті, що стосуються інсуліну та чутливості до поживних речовин, є шляхами, які також притаманні людям, і це також зараз вивчається геронтологами.
Отже, хоча це може здатися малоймовірним, ця крихітна паразитична оса має набагато більше спільного з нашою біологією, ніж можна було б очікувати на перший погляд. І “цокання” її епігенетичного годинника становить величезний інтерес для науковців.
“Завдяки своїм генетичним інструментам, вимірюваним маркерам старіння та чіткому зв’язку між розвитком та тривалістю життя, Nasonia vitripennis зараз є зіркою, що сходить у дослідженнях старіння”, — додав Меллон. “Коротше кажучи, ця крихітна оса може містити великі відповіді на те, як ми можемо натиснути на паузу у процесі старіння”.
Дослідження було опубліковане в журналі “Праці Національної академії наук” (PNAS).
