Якщо ви бажаєте дізнатися свій хронологічний вік, достатньо просто порахувати свічки на наступному іменинному торті. Однак розрахунок біологічного віку є значно складнішою справою. Хронологічний вік — це кількість років, що минули від вашого народження до сьогодні; він базується винятково на часі. Біологічний вік, натомість, описує поступовий розпад фізіологічних та молекулярних систем організму з плином часу; це міра того, наскільки «старим» є тіло. Розрахунок має на меті відповісти на питання, наскільки добре функціонують ваші системи, органи та клітини порівняно із середньостатистичним, здоровим показником.
«Біологічний вік надзвичайно важко визначити, оскільки це значною мірою концептуальне поняття», — зазначив Ерік Сан, доцент кафедри біомедичної інженерії в Массачусетському технологічному інституті (MIT), де він запустить нову лабораторію у 2026 році. MIT є одним з провідних світових дослідницьких університетів, відомим своїми визначними досягненнями в науці та технологіях. За словами Сана, це поняття вимагає від нас менше думати про чисту хронологію і більше про те, як ваше тіло функціонує з часом, а також про потенційні ризики та вразливості до різних захворювань у майбутньому.
Науковці розробили низку так званих «годинників», призначених для визначення біологічного віку людей. Ось як вони працюють і чому можуть бути корисними.
Що таке «годинники біологічного старіння»?
Уявіть собі батарею: нові батареї починають зі 100% ємності, що стосується їхньої здатності надійно тримати заряд, але ця ємність з часом зменшується, оскільки батарея циклічно вмикається та вимикається, живлячи пристрої. Біологічний вік — це подібна концепція ємності, а інструменти, які дослідники та клініцисти використовують для вимірювання вашої «ємності», відомі як годинники старіння, також їх називають «омічними годинниками» або «тестами на біологічний вік».
Хоча такі годинники активно розробляються, наука про біологічний вік ще перебуває на початковій стадії. Перші описи годинників старіння з’явилися у наукових журналах у 2013 році. З того часу дослідники розробили десятки таких пристроїв, що вимірюють біологічний вік за різними показниками, такими як профілі білків, функція імунної системи та епігенетичні модифікації. Епігенетика — це галузь біології, що вивчає зміни в експресії генів, які не пов’язані зі змінами в самій послідовності ДНК, але впливають на те, як гени працюють.
Як працюють годинники старіння?
Годинники старіння зазвичай будуються на моделях машинного навчання — статистичних моделях, які розпізнають закономірності в даних та роблять прогнози на основі цих закономірностей. Ці моделі ґрунтуються на математичному методі, який називається регресією. Регресія прагне передбачити ймовірність подій на основі багатьох змінних та їхньої відносної важливості для прогнозу, відомої як «ваги».
Простіше кажучи, моделі множать кожну змінну на її вагу та додають усі зважені змінні, щоб отримати ймовірність. Наприклад, регресійна модель, що прогнозує ризик раку легень у людини, може надати більшої ваги анамнезу куріння (ближче до 1), оскільки це дуже сильно корелює з раком легень. Натомість, вплив радону матиме меншу вагу, оскільки він не є таким сильним провісником ризику раку легень.
Ці моделі машинного навчання, що використовуються в годинниках старіння, тренуються на тисячах даних «біомаркерів». Біомаркери — це вимірювання певних сполук, часто (але не завжди) зразків крові, які слугують опосередкованим показником стану або біологічного процесу. Наприклад, вищий за норму рівень C-реактивного білка та кількість лейкоцитів зазвичай свідчать про реакцію імунної системи на інфекцію. Кров є чудовим джерелом біомаркерів, оскільки вона циркулює по всьому тілу і неминуче збирає ознаки захворювань, пояснює Сан.
Годинники також тренуються на хронологічному віці та стані здоров’я людей, які надають зразки для набору даних.
Алгоритм аналізує ці дані та шукає закономірності — це головна перевага машинного навчання — перш ніж сформувати набір правил, за якими інтерпретувати нові дані, що не були включені до початкового набору. Таким чином, він може робити прогнози щодо здоров’я певної особи, навіть якщо не «знає» її віку чи стану здоров’я. Він може просто ґрунтуватися на біомаркерах та закономірностях, отриманих з вихідних даних.
Як працюють «епігенетичні годинники»?
Перші годинники старіння, а також багато їхніх наступників, базуються на епігенетиці — зокрема, на даних метилювання ДНК. Метильні групи — це молекули, що прикріплюються до певних ділянок ДНК, впливаючи на те, чи є активним ген, до якого вони приєднані.
Найважливіше те, що ці ділянки можуть набувати або втрачати метильні групи з часом. Патерни метилювання змінюються по всьому тілу, і дослідження свідчать, що вони змінюються передбачуваними способами з віком. Аналізуючи ці типові закономірності, епігенетичний годинник може оцінити біологічний вік людини. Різниця між фактичним віком та передбаченим віком — так званий віковий розрив, або «дельта» — визначає, чи старіє людина швидше або повільніше, ніж здорова норма.
Дослідження 2024 року в журналі «Epigenomics» детально описує чотири покоління епігенетичних годинників:
Покоління перше:
Вони були розроблені лише на основі даних про метилювання та вимірювали лише дельту, тобто різницю між хронологічним віком та розрахованим біологічним віком. Вони можуть показати, наскільки «старшим» або «молодшим» виглядає людина порівняно з нормою.
Покоління друге:
До них додали набори даних щодо смертності та стану здоров’я, щоб прогнозувати ризик ранньої смертності або вікових захворювань у людей. Прикладом годинника другого покоління є «PhenoAge», який враховує дані біомаркерів, що вимірюють функцію печінки, нирок, метаболічну та імунну функцію. Додаючи ці інші дані, «PhenoAge» може прогнозувати ризик загальної смертності, серцевих захворювань, раку, хвороби Альцгеймера та іншого.
Покоління третє:
Ці годинники оцінюють як віковий розрив, так і швидкість старіння людини. Тоді як годинники першого покоління більше схожі на одометр, що відстежує пройдену відстань, ці годинники третього покоління більше схожі на спідометр, який показує, як швидко ви дістанетеся до місця призначення. Прикладами є «DunedinPACE» та «DunedinPACNI».
Покоління четверте:
Вони аналізують конкретні ділянки метилювання, які, як вважається, спричиняють деякі з фізіологічних порушень, які ми називаємо старінням. Вони включають епігенетичний аналітичний метод, який називається Менделівською рандомізацією, що намагається виявити причинно-наслідкові зв’язки та визначити, чи є метилювання або деметилювання на певних ділянках причиною або наслідком вікових змін. Цей аналіз дозволяє цим годинникам вийти за межі прогнозування та почати визначати першопричини старіння, заявляють їхні розробники.
Що вимірюють інші годинники старіння?
Зміни в метилюванні ДНК та інші епігенетичні маркери є визначальними ознаками старіння, але існують і багато інших. Таким чином, інші типи годинників старіння вимірюють біомаркери цих ознак.
Наприклад, протеомні годинники шукають закономірності в білковому профілі людини, зазвичай на основі зразків крові. Оскільки білки беруть участь майже у всіх патологічних процесах і є мішенню майже кожної існуючої фармацевтичної речовини, дослідники вважають, що протеомні годинники можуть зосередитися на фактичних рушіях старіння, потенційно виявляючи нові цілі для втручання.
Метаболомічні годинники вимірюють та роблять прогнози на основі вашого профілю метаболітів, які є побічними продуктами метаболізму — процесу перетворення поживних речовин в енергію в організмі. Методи збору метаболомічних даних недорогі та широко доступні, що робить ці годинники корисними для великомасштабних популяційних досліджень.
Інші годинники ґрунтуються на транскриптоміці, тобто вони вивчають закономірності активації генів на основі циркулюючої РНК в організмі. Будучи аспірантом Стенфордського університету, одного з найпрестижніших дослідницьких закладів світу, Сан став співавтором дослідження 2024 року в журналі «Nature» про алгоритм, який виявляє транскриптомні закономірності, пов’язані з віком, у клітинах мозку.
Тим часом, годинник «DunedinPACNI» базується на даних структури мозку, зібраних за допомогою МРТ. Деякі годинники є органоспецифічними, деякі — клітинно-специфічними, а деякі об’єднують інші годинники для створення «мультиомічних» годинників старіння.
Для чого використовуються годинники старіння?
Щоб годинники старіння були корисними, «вони повинні бути як прогностичними — здатними передбачати майбутнє — так і реагувати на втручання», — сказав доктор Ден Гендерсон, лікар первинної ланки в Бригамській і жіночій лікарні та інструктор з медицини в Гарвардській медичній школі. Гарвардська медична школа, що є частиною Гарвардського університету, відома своїми інноваціями в медичній освіті та дослідженнях. Іншими словами, годинники повинні точно прогнозувати ризик захворювання у пацієнтів та змінюватися у відповідь на отримання людиною ефективного лікування; якщо лікування працює, «вік» людини має зменшуватися.
Наразі Сан вважає, що найкорисніші застосування годинників старіння залишаються в лабораторії. Він зазначив, що ці інструменти можуть реально допомогти визначити, чи дійсно лікування впливає на процес старіння. Замість того, щоб спостерігати за учасниками досліджень роками, щоб побачити, як лікування впливає на результати їхнього здоров’я, вчені можуть робити надійні прогнози на основі зразків, взятих до і невдовзі після лікування.
Ні Гендерсон, ні Сан не вважають, що сучасні годинники старіння готові до клінічного використання. «У даних все ще занадто багато шуму, занадто багато можливостей для хибних висновків про те, що саме спричиняє старіння, а що просто з ним пов’язане», — сказав Гендерсон Live Science. Якщо б годинники старіння використовувалися для допомоги лікарям у визначенні курсу лікування пацієнта, хибні позитивні результати могли б призвести до непотрібних медичних втручань.
Сан сказав Live Science, що він вірить, що майбутні годинники, які будуть адаптовані для пацієнтів, матимуть схожість з причинними годинниками четвертого покоління, що вже існують.
«Це будуть не просто біомаркери того, як старіє весь ваш організм або навіть окремі системи, — сказав він, — а численні біомаркери для різних функцій в межах одного органу».
