genetică

Un nou studiu publicat în prestigioasa revistă științifică Nature dezvăluie un mister biologic care explică de ce, în ciuda unei expuneri identice la factori de mediu, un fumător dezvoltă cancer, în timp ce altul rămâne sănătos.

Echipa editorială medicală de la Euronews prezintă descoperirea mecanismelor prin care trăsăturile genetice influențează dezvoltarea tumorii . Constatările oamenilor de știință subliniază importanța critică a trecerii la o abordare personalizată a prevenirii, screening-ului și tratamentului cancerului.

Rolul eredității în evoluția tumorii

Experții au descoperit că până și diferențele genetice moștenite relativ mici determină traiectoria dezvoltării tumorii după expunerea la un agent cancerigen. Evaluând semnificația descoperirii, Sam Godfrey, șeful departamentului de informații științifice de la Cancer Research UK, a remarcat: „Acest studiu oferă un indiciu izbitor: genele noastre moștenite pot influența puternic modul în care tumorile se dezvoltă în urma deteriorării ADN-ului.” Duncan Odom, fost membru al Institutului CRUK din Cambridge și șeful echipei de cercetare, a declarat: „Pentru prima dată, am demonstrat măsura în care fondul genetic influențează atât procesele de mutație, cât și căile care duc la dezvoltarea tumorii.”.

Experimentul pe șoareci și traiectoriile evolutive

În cadrul experimentului, cercetătorii au folosit patru tulpini de șoareci genetic distincte pentru a imita un nivel de diversitate comparabil cu populația umană. La vârsta de 15 zile, animalelor li s-au administrat doze identice de dietilnitrozamină (DEN), un cancerigen cunoscut care se găsește în fumul de tutun și în alimentele procesate și care atacă celulele hepatice. După ce au studiat istoricul a aproape 600 de tumori, biologii au stabilit că tipurile de cancer s-au dezvoltat urmând căi evolutive complet diferite: tumorile au activat procese de creștere identice, dar au realizat acest lucru prin mutații și modificări genetice diferite, în funcție de ADN-ul lor moștenit.

Nevoia de medicină de precizie

Potrivit autorilor studiului, aceste descoperiri au potențialul de a schimba abordările diagnostice și terapeutice. Sarah Aitken, profesor asistent la Facultatea de Medicină Yale, a subliniat implicațiile practice ale acestei descoperiri, afirmând: „Dacă fondul genetic influențează atât riscul de cancer, cât și traiectoria evolutivă a tumorilor, atunci strategiile viitoare de prevenire și screening pentru cancer vor trebui să țină cont de genetica moștenită și de diversitatea populației.” Prezicând viitorul terapiei împotriva cancerului, cercetătoarea a adăugat: „Oamenii vor reacționa probabil diferit la medicamentele împotriva cancerului, în funcție de structura genetică moștenită, ceea ce înseamnă că va trebui să adaptăm diagnosticul și tratamentul în consecință.” Rezumând descoperirile, Sam Godfrey a subliniat: „Avem nevoie de mai multe cercetări pentru a înțelege ce înseamnă aceste descoperiri pentru oameni, dar această descoperire ar putea schimba înțelegerea noastră despre cum începe cancerul și ar putea duce la tratamente mai puternice și mai precise.”.

Principalele constatări ale studiului

• La baza descoperirii: o publicație din revista Nature explică vulnerabilitatea diferită a oamenilor la aceiași factori de risc (fumat, radiații solare).
• Model experimental: 4 linii de șoareci genetic diferiți care au primit aceeași doză de dietilnitrozamină, substanță cancerigenă, la vârsta de 15 zile.
• Volumul analizei: aproape 600 de tumori au fost studiate pentru a le reconstrui complet căile evolutive.
• Descoperire cheie: ADN-ul moștenit influențează nu doar riscul inițial de cancer, ci și traiectoria evolutivă unică a mutațiilor care urmează deteriorării celulare.
• Semnificație practică: necesitatea de a lua în considerare genetica ereditară și diversitatea populației în timpul screeningului, precum și selecția individuală a radioterapiei și chimioterapiei.

Noi dovezi științifice sugerează că pierderea treptată a cromozomului sexual masculin pe măsură ce organismul îmbătrânește poate declanșa moartea prematură și dezvoltarea unor patologii severe.

Publicația internațională ScienceAlert tratează acest subiect în detaliu , citând rezultatele unor cercetări genetice recente. Conform datelor publicate, pierderea acestei componente determinante pentru sex în sânge, structurile creierului sau celulele imune crește semnificativ riscul de cancer, precum și de disfuncții renale și cardiace periculoase.

Analiza dezvăluie amploarea neașteptată a problemei: în rândul bărbaților de peste 70 de ani, aproximativ 40% prezintă pierderi ale cromozomului Y în anumite populații celulare. Experții indică o caracteristică biologică unică a acestei structuri. Dintre cei 46 de cromozomi găsiți în majoritatea celulelor umane, cromozomul Y este singurul care se poate pierde fără moartea celulară. Din punct de vedere istoric, opinia predominantă în cercurile academice era că funcționalitatea sa era limitată exclusiv la sfera reproductivă, însă datele moderne infirmă complet acest postulat.

Cercetările moderne relevă următoarele aspecte cheie despre mecanismele acestui fenomen biologic:

• Absența unui cromozom sexual în celule contribuie activ la îmbătrânirea accelerată a organismului și la moartea subită.
• Celulele imunitare cărora le lipsește cromozomul Y sunt mai puțin eficiente în combaterea celulelor canceroase, subminând apărarea naturală împotriva cancerului.
• Elementul genetic este implicat într-o gamă mult mai largă de funcții celulare critice în întregul corp decât presupunea știința anterior.

Dezbatere evoluționistă: Va dispărea cromozomul masculin pentru totdeauna?

Pe termen lung, oamenii de știință sunt împărțiți în această chestiune, unii geneticieni prevăzând dispariția completă a structurii care determină sexul la oameni în următoarele câteva milioane de ani. Biologul evoluționist Jennifer Hughes a intervenit în această dezbatere, exprimând un scepticism justificat față de un rezultat atât de radical. Ea afirmă că „genele rămase pe cromozomul Y îndeplinesc funcții vitale în tot corpul, așa că este puțin probabil ca acesta să se piardă în milioane de ani”.

Colega ei, biologul evoluționist Jenny Graves, oferă o perspectivă alternativă. Ea este pe deplin de acord cu Hughes că genele de pe cromozomul Y sunt importante și pot fi legate de sănătate și boli, dar susține, de asemenea, că „astfel de gene pot fi întotdeauna înlocuite de alți cromozomi”. Ca exemplu clar din sălbăticie, cercetătoarea indică anumite specii de șobolani și șoareci la care cromozomul Y este complet absent, iar un cromozom complet diferit a asumat cu succes rolul critic în determinarea sexului.

Cercetătorii britanici de la University College London și Queen Mary University au prezentat un model fundamental nou al îmbătrânirii umane, care împarte acest proces biologic complex în două perioade distincte.

Această descoperire, care explică legătura profundă dintre îmbătrânirea naturală a organelor și dezvoltarea patologiilor cronice periculoase, a fost relatată de portalul de știri Point.md. Autorii studiului științific subliniază faptul că îmbătrânirea este un proces multifactorial cauzat de un set complex de mecanisme biologice care interacționează, mai degrabă decât de o singură cauză izolată.

Mecanismul de acumulare și activare a daunelor latente

Potrivit experților, procesele distructive încep cu mult înainte de bătrânețe. Un nou concept științific descrie două etape secvențiale, dar strâns legate, ale degradării sistemului de apărare:

• Etapa întâi (tinerețea): Corpul se confruntă cu diverse șocuri externe și interne - cum ar fi boli infecțioase, leziuni fizice sau mutații genetice țintite. În majoritatea cazurilor, sistemul imunitar contracarează cu succes aceste amenințări, dar unele microdaune nu sunt eliminate complet, devenind latente.
• Etapa a doua (vârsta înaintată): În timp, organismul începe să-și restructureze activitatea genetică naturală, ceea ce nu mai este benefic pentru sănătate. Aceste modificări biologice reduc critic capacitatea sistemelor interne de a conține daunele acumulate, rezultând în reactivarea problemelor vechi, latente, care se dezvoltă în boli complete.

Schema în două etape propusă de oamenii de știință demonstrează clar de ce majoritatea bolilor cronice severe se manifestă în principal la bătrânețe, în ciuda faptului că adevăratele lor cauze subiacente se pot dezvolta la o vârstă fragedă. În cele din urmă, specialiștii subliniază valoarea practică a studiului. Aceștia consideră că reducerea la minimum a daunelor somatice la tinerețe, precum și blocarea terapeutică a modificărilor genetice negative la bătrânețe, vor reduce semnificativ riscul bolilor legate de vârstă și vor prelungi longevitatea activă.

Oamenii de știință au ajuns mai aproape de a dezlega misterul pierderii memoriei legate de vârstă. au prezentat . Analiza a dezvăluit că afectarea memoriei este legată de mai multe zone ale creierului.

Accentul s-a pus pe memoria episodică. Aceasta este capacitatea de a-ți aminti evenimente și experiențe personale. Se știe că aceasta scade odată cu vârsta. Studiul a inclus date de la 3.737 de participanți sănătoși. Oamenii de știință au analizat 10.343 de scanări RMN și 13.460 de teste de memorie. Observațiile au durat câțiva ani.

Ce se întâmplă cu creierul?

Hipocampul, responsabil pentru învățare și memorie, joacă un rol cheie. Cu toate acestea, declinul memoriei nu este legat exclusiv de modificările din această regiune. Studiul a dezvăluit o imagine mai complexă. O reducere a volumului țesutului cerebral este asociată cu performanțe de memorie mai slabe. Această relație se consolidează după vârsta de 60 de ani. Această relație este deosebit de vizibilă la persoanele cu contracție accelerată a creierului. Potrivit lui Alvaro Pascual-Leone, aceasta este cea mai detaliată analiză a modificărilor cerebrale legate de vârstă de până acum. El subliniază că procesul este inegal.

Riscul genetic

Purtătorii genei APOE ε4 experimentează o pierdere accelerată de țesut. De asemenea, experimentează un declin mai rapid al memoriei. Această genă este asociată cu boala Alzheimer.

În același timp, modelul general al îmbătrânirii creierului este același pentru toată lumea. Gena doar amplifică o tendință existentă. Oamenii de știință nu au identificat un mecanism specific. „Declinul cognitiv nu este pur și simplu o funcție a vârstei”, notează Pascual-Leone. El consideră că factorii biologici individuali sunt importanți.

Ce schimbă asta?

Studiul pune sub semnul întrebării explicații simple pentru pierderea memoriei. Pierderea memoriei reflectă vulnerabilitatea cumulativă a structurii creierului, care se dezvoltă de-a lungul deceniilor. Autorii trag concluzii despre abordările terapeutice. Metodele eficiente trebuie să vizeze simultan mai multe regiuni ale creierului. Cel mai mare impact se obține prin intervenție timpurie. „Nu este vorba de o singură regiune sau de o singură genă”, subliniază omul de știință. Înțelegerea acestui proces va ajuta la identificarea mai timpurie a riscurilor și va sprijini sănătatea cognitivă.

Cercetătorii raportează că acum aproximativ 400 de milioane de ani, artropodele antice au suferit un salt evolutiv . Atunci au evoluat organele care le permiteau păianjenilor să țeasă pânze. Un nou studiu genetic explică cum a apărut exact acest mecanism.

Accidentul genomic care a schimbat evoluția

Oamenii de știință chinezi au stabilit că duplicarea genomului a fost evenimentul cheie. Aceasta a dus la crearea unor copii suplimentare ale genelor responsabile de structura corpului și creșterea membrelor. Rezultatele au fost publicate în revista Science Advances.

Această rearanjare genetică a declanșat o nouă cale de dezvoltare. Drept urmare, au apărut zeci de mii de specii de păianjeni cu abilități unice. Cercetătorii atribuie acest lucru unei creșteri dramatice a diversității genetice.

De la picioare la negi de păianjen

Oamenii de știință au comparat genomurile a trei specii de păianjeni și căpușe. Analiza a relevat că păianjenii au de două ori mai multe gene duplicate. Aceasta a stat la baza formării de noi organe.

Secvențierea celulară a embrionilor a dezvăluit originea negilor de păianjen. Aceștia s-au dezvoltat din picioare. Un experiment care a eliminat gena „picior” a confirmat concluzia: negii se dezvoltau anormal.

Nu doar teorie, ci și tehnologie

Cercetătorii cred că descoperirea are implicații practice. Înțelegerea bazei genetice a mătăsii de păianjen ar putea ajuta la crearea de mătase sintetică. Acest material combină rezistența și elasticitatea.

Oamenii de știință de la Universitatea din São Paulo au raportat că sistemul imunitar al centenarilor brazilieni funcționează diferit. Rezultatele studiului, publicate în revista Genomic Press, explică rezistența lor la boli și infecții.

Peste 140 de persoane au participat la studiu, inclusiv persoane cu vârsta peste 100 de ani și 20 de „supercentenari” cu vârsta peste 110 ani. Analizele au arătat că celulele lor imunitare au fost mai eficiente în eliminarea proteinelor deteriorate din țesuturi.

Această capacitate reduce inflamația cronică, care este asociată cu demența, cancerul și bolile cardiovasculare. La centenari, această protecție persistă chiar și la bătrânețe.

Imunitate flexibilă împotriva bolilor

O descoperire neașteptată a fost activitatea limfocitelor T CD4+. La centenari, acestea înlocuiesc parțial celulele ucigașe CD8+. Aceste celule sunt capabile să atace direct celulele periculoase și agenții patogeni.

O astfel de flexibilitate imunitară este extrem de rară la persoanele de vârstă normală. Cercetătorii cred că este esențială pentru supraviețuire și longevitate.

De ce COVID-19 a fost mai ușor

Autorii atribuie aceste caracteristici pandemiei de COVID-19. Sistemul imunitar a produs rapid anticorpi neutralizanți. Trei centenari s-au vindecat după coronavirus în 2020 și s-au recuperat complet.

Oamenii de știință creează în prezent modele celulare ale sistemului imunitar al centenarilor. Acest lucru ar putea ajuta la încetinirea îmbătrânirii imune și la prelungirea vieții sănătoase.

După cum relatează , aceleași infecții pot evolua diferit. Pentru majoritatea oamenilor, acestea sunt abia vizibile, dar pentru unii, duc la boli grave sau chiar la deces. Tulburările imune genetice congenitale și autoanticorpii care suprimă răspunsul imun joacă un rol cheie.

Cercetătorii atribuie astfel de cazuri „erorilor înnăscute ale imunității”. Aceste mutații împiedică organismul să controleze infecția sau declanșează o reacție exagerată. Drept urmare, chiar și microbii obișnuiți devin periculoși.

Când o bacterie comună devine mortală

Revista Nature citează un caz de la începutul anilor 1980. Un băiat din Malta a dezvoltat o infecție severă, dar medicii nu au putut identifica agentul cauzator mult timp. După transferul său la Londra, s-a descoperit că bacteria comună Mycobacterium fortuitum era cauza.

„Toată lumea se confruntă cu ea, dar aproape nimeni nu se îmbolnăvește”, a remarcat specialistul în boli infecțioase pediatrice Michael Levin. În ciuda tratamentului, copilul a murit. Ulterior s-a descoperit că și rudele sale aveau infecții micobacteriene severe.

Genele și autoanticorpii împotriva imunității

Ani mai târziu, oamenii de știință au asociat această vulnerabilitate cu o mutație a receptorului interferon-γ. Această moleculă reglează răspunsul imun și inflamația. Cercetătorii observă că mutațiile asociate cu IEI au fost deja identificate în sute de gene.

După cum subliniază medicul și omul de știință Stephen Holland, „fiecare infecție are propriul set de mecanisme”. Prin urmare, defectele genetice cresc riscul de boli grave atunci când sunt expuse la microbi specifici, mai degrabă decât la toți deodată.

Lecții din pandemie și limitele geneticii

Natura își amintește de pandemia de COVID-19. Autoanticorpii au fost găsiți la aproximativ 10% dintre pacienții cu forme severe ale bolii. Aceste proteine ​​au atacat moleculele de semnalizare imună și au slăbit sistemul imunitar. Autoanticorpi similari au fost detectați în cazuri severe de gripă, virusul West Nile și reacții rare la vaccinuri cu virusuri vii.

Totuși, o mutație nu indică întotdeauna o boală. Mulți oameni trăiesc cu astfel de schimbări fără simptome. Uneori, manifestările depind de mediu și de mecanismele epigenetice, motiv pentru care aceeași mutație se poate comporta diferit.

Un studiu a dezvăluit un paradox genetic neașteptat în Asia de Sud. Regiunea rămâne cel mai mare producător și consumator de produse lactate din lume. Cu toate acestea, majoritatea adulților din India, Pakistan și Bangladesh nu pot digera laptele proaspăt. Oamenii de știință subliniază că problema nu este înrădăcinată în cultura alimentară, ci mai degrabă în biologie. O parte semnificativă a populației nu produce suficientă lactază, o enzimă necesară pentru descompunerea lactozei, zahărul din lapte.

Gena care nu a prins

O echipă de cercetători condusă de biologul Priya Moorjani de la Universitatea din California, Berkeley, a analizat aproximativ 8.000 de genomuri. Eșantionul a inclus mostre moderne și antice datând din perioada 3300 î.Hr. până în 1650 d.Hr.

Alela -13910*T a fost în centrul atenției. Această alelă este responsabilă de menținerea producției de lactază până la vârsta adultă. Această variantă de ADN este răspândită în Europa și este considerată rezultatul unei selecții naturale puternice.

În Asia de Sud, situația s-a dovedit a fi diferită. Deși gena a fost introdusă în regiune în perioadele istorice și medievale, abia a prins un punct de sprijin în populație. Răspândirea sa a stagnat, contrar așteptărilor oamenilor de știință.

Cea mai puternică selecție

Studiul a relevat un contrast puternic între regiuni. Frecvența genei „lapte” scade de la nord la sud. Există însă două excepții: populația Toda din sudul Indiei și populația Gujjar din Pakistan.

În aceste comunități pastorale, toleranța la lactoză atinge 90%. Oamenii de știință notează: „Puterea selecției pentru această alelă ar fi putut fi mai mare decât la nord-europeni.” Acest nivel este considerat unul dintre cele mai ridicate din istoria evoluției umane recente.

Antropologul Christina Warinner de la Universitatea Harvard, care nu a fost implicată în studiu, a declarat: „Înțelegerea noastră despre cum funcționează digestia laptelui la adulți rămâne complet incompletă.” Explicațiile simple, a spus ea, nu mai funcționează.

Nicio singură poveste

Analize ulterioare au arătat că gena -13910*T a fost adusă în Asia de Sud de către păstorii din stepa eurasiatică. Profilul lor genetic este aproape identic cu variantele găsite la purtătorii moderni ai alelei din Asia de Sud.

Totuși, pentru majoritatea populației regiunii, gena nu a devenit vitală. Dieta tradițională se bazează pe alimente fermentate. Iaurtul, ghee-ul, laptele acru și untul conțin mai puțină lactoză și sunt mai ușor de digerat.

Aceasta a redus presiunea selecției naturale. Drept urmare, gena nu a obținut avantajul necesar pentru o distribuție pe scară largă. Numai în zonele în care nutriția depindea de laptele proaspăt s-a dovedit a fi extrem de importantă.

Autorii studiului concluzionează: „Evoluția toleranței la lactază nu este un scenariu singular, ci un mozaic de istorii demografice și culturale.” Fiecare stil de viață și-a lăsat propria amprentă asupra genomului uman.

Conform unui studiu, analiza ADN-ului antic a relevat că primele pisici găsite în apropierea așezărilor umane vechi de peste 10.000 de ani nu erau înrudite cu pisicile domestice moderne. Autorii studiului au afirmat că linia pisicilor domestice ar fi putut ajunge în Europa abia acum aproximativ 2.000 de ani, răsturnând complet înțelegerea anterioară a istoriei lor.

Rescrierea unei genealogii antice

O echipă de cercetători a reconstruit genomurile a 70 de pisici antice colectate în Africa de Nord, Europa și Anatolia. Probele au acoperit perioada cuprinsă între secolul al IX-lea î.Hr. și secolul al XIX-lea d.Hr. Oamenii de știință le-au comparat cu genomurile pisicilor domestice și sălbatice moderne. Datele obținute arată că pisicile moderne sunt mai strâns înrudite cu pisicile sălbatice din Africa de Nord decât cu populațiile levantine.

Când au fost domesticite pisicile?

Cele mai vechi pisici domestice ancestrale din Europa datează de doar 2.000 de ani. Exemplare europene și anatoliene mai vechi s-au dovedit a fi pisici sălbatice europene. Aceasta înseamnă că drumul către domesticirea adevărată nu a început în Levant acum 10.000 de ani, așa cum se credea anterior. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că pisicile sardine descind din pisicile sălbatice nord-africane introduse de oameni acum aproximativ 2.200 de ani, nu din pisicile domestice.

Întrebări rămase

Biologul evoluționist Jonathan Losos a afirmat că principala întrebare nerezolvată este când anume a evoluat pisica domestică din strămoșul său. Echipa intenționează să studieze specimene antice din Africa, inclusiv mumii din perioada faraonică, pentru a identifica momentul domesticirii.

Conform informațiilor exprimate de Daria Podchinenova și citate de TASS, combinația dintre inteligența artificială, medicina personalizată și posibila editare genetică ar putea într-o zi prelungi viața umană la 150 de ani.

Totuși, omul de știință subliniază că nu are rost să ne așteptăm la o „pastilă magică”.

De ce s-ar putea schimba limita de longevitate:
Podchinenova a amintit de limita Hayflick, care limitează numărul de diviziuni celulare. Potrivit ei, acesta este motivul pentru care se crede că oamenii nu pot trăi mai mult de 125-127 de ani. Dar tehnologia poate schimba acest lucru: inteligența artificială va ajuta la selectarea mai precisă a tratamentelor, iar biotehnologia va ajuta la corectarea mecanismelor genetice ale îmbătrânirii. În acest context, îmi vine în minte un raport despre un startup chinezesc care creează pastile pe bază de extract de semințe de struguri.

Cum explică știința îmbătrânirea
Un om de știință enumeră teorii științifice populare care leagă îmbătrânirea:

• cu scurtarea telomerilor,
• cu inflamație cronică,
• odată cu acumularea de radicali liberi,
• cu pierderea activității musculare.

Ea subliniază că un singur medicament nu va putea influența toate mecanismele simultan. Însă compușii naturali prezintă proprietăți benefice, inclusiv extractele de semințe de struguri, care demonstrează „activitate biologică cu potențiale beneficii pentru sănătate”.

Ce se poate face deja pentru longevitate?
Potrivit Podchinenova, există deja metode dovedite pentru încetinirea îmbătrânirii: o dietă echilibrată, activitate fizică și mentală și monitorizare regulată a stării de sănătate. Ea concluzionează că combinația dintre știință, inteligență artificială și monitorizare medicală poate oferi perspective reale pentru creșterea speranței de viață și a calității vieții.