На протяжении нескольких десятилетий учёные предполагали, что "клеточные электростанции" митохондрии являются своеобразными биологическими часами организма, которые ведут обратный отсчёт от рождения до смерти. В процессе окисления органических соединений они производят молекулы АТФ, питающие все биохимические процессы в клетках.
В ходе этого процесса большая часть кислорода восстанавливается до воды, а около 5% превращается в так называемые активные формы кислорода − свободные радикалы. Последние представляют опасность для митохондриальной ДНК, поэтому организм борется с ними с помощью специальных ферментов.
Но в моменты особо интенсивного производства количество свободных радикалов увеличивается, и система защиты не справляется. Согласно одной из версий именно частотой таких "всплесков" и обусловлено старение всего организма. Чем чаще они происходят, тем быстрее изнашиваются митохондрии, снижается энергообеспечение и нарушается нормальное функционирование клеток. Однако до сих пор эта теория не была доказана.
В 2008 году было установлено, что митохондрии производят молекулы активного кислорода во время коротких всплесков, которые повторяются приблизительно один раз в две минуты. В новом исследовании Мэн-Цю Дун (Meng-Qiu Dong) из Национального института биологических наук в Пекине и его коллеги отслеживали активность митохондрий на протяжении всей жизни нематод. Биологи часто используют этих круглых червей в качестве модельных организмов из-за их короткого жизненного цикла, который в среднем составляет 21 день. При этом среди червей встречаются долгожители, способные прожить до 30, а при внесении определённых генетических мутаций и до 39 суток.
Исследователи вводили нематодам особые белки, которые начинают светиться при контакте с молекулами свободных радикалов, и засекали время между всплесками, проявляющимися в виде вспышек. Они заметили, что у всех исследованных животных на протяжении жизни существует два периода, когда активные формы кислорода производились гораздо чаще, чем обычно. Как правило, в первый раз это происходило на третий день, сразу после взросления и окончательного формирования организма. Затем то же самое повторялось в старости.
Сначала учёные предположили, что на продолжительность жизни может влиять время наступления первого периода активности: у кого он начался позже, тот проживёт дольше. Но эта версия быстро потерпела крах. Вместо биологи обнаружили, что у долгожителей вспышки флуоресцентных белков в ранний активный период происходили гораздо реже. Исследование 29 генетически модифицированных нематод с разной продолжительностью жизни показало прямую зависимость этих двух параметров.
Правило работало даже для генетически идентичных червей. Если их помещали в разные условия, и один жил дольше другого, то и частота вспышек у них отличалась.
Более того, когда Дун вводила нематодам-долгожителям препараты, усиливающие производство свободных радикалов, вспышки у них происходили чаще, и смерть наступала раньше.
Авторы статьи, опубликованной в издании Nature, надеются, что их результаты подтвердят исследования на других животных. В этом случае клинические испытания помогут лучше понять процесс работы митохондрий человека и прояснить их влияние на старение организма.
