Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu từ nhiều loại mô khác nhau, được thu thập từ người, chuột nhắt, chuột cống và cá killi. Họ phát hiện ra rằng chiều dài của gen có thể giải thích hầu hết các thay đổi ở cấp độ phân tử xảy ra trong quá trình lão hóa.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Northwestern đã phát hiện ra một cơ chế thúc đẩy quá trình lão hóa chưa từng được biết đến trước đây.
Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để phân tích dữ liệu từ nhiều loại mô khác nhau, được thu thập từ người, chuột nhắt, chuột cống và cá killi. Họ phát hiện ra rằng chiều dài của gen có thể giải thích hầu hết các thay đổi ở cấp độ phân tử xảy ra trong quá trình lão hóa.
Tất cả các tế bào phải cân bằng hoạt động của các gen dài và ngắn. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các gen dài hơn có liên quan đến tuổi thọ dài hơn và các gen ngắn hơn có liên quan đến tuổi thọ ngắn hơn. Họ cũng phát hiện ra rằng các gen lão hóa thay đổi hoạt động của chúng theo chiều dài. Cụ thể hơn, lão hóa đi kèm với sự thay đổi hoạt động đối với các gen ngắn. Điều này làm cho hoạt động của gen trong tế bào trở nên mất cân bằng.
Đáng ngạc nhiên, phát hiện này gần như phổ biến. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra mô hình này trên một số loài động vật, bao gồm cả con người và trên nhiều mô (máu, cơ, xương và các cơ quan, bao gồm gan, tim, ruột, não và phổi) được phân tích trong nghiên cứu.
Phát hiện mới có khả năng dẫn đến các biện pháp can thiệp được thiết kế để làm chậm tốc độ - hoặc thậm chí đảo ngược - lão hóa.
Nghiên cứu sẽ được công bố vào ngày 9 tháng 12 trên tạp chí Nature Aging.
"Những thay đổi trong hoạt động của gen là rất, rất nhỏ và những thay đổi nhỏ này liên quan đến hàng nghìn gen", Thomas Stoeger của Northwestern, người đứng đầu nghiên cứu cho biết. "Chúng tôi nhận thấy sự thay đổi này nhất quán giữa các mô khác nhau và ở các loài động vật khác nhau. Chúng tôi nhận thấy nó hầu như ở khắp mọi nơi. Tôi thấy rất thú vị khi một nguyên tắc đơn lẻ, tương đối ngắn gọn dường như giải thích cho gần như tất cả những thay đổi trong hoạt động của gen xảy ra ở động vật khi họ già đi."
Luís AN Amaral của Northwestern, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Sự mất cân bằng gen gây ra lão hóa vì các tế bào và sinh vật hoạt động để duy trì sự cân bằng – điều mà các bác sĩ gọi là cân bằng nội môi”. "Hãy tưởng tượng một người phục vụ khiêng một cái khay lớn. Cái khay đó cần phải có mọi thứ cân bằng. Nếu cái khay không cân bằng, thì người phục vụ cần phải nỗ lực nhiều hơn để chống lại sự mất cân bằng. Nếu sự cân bằng trong hoạt động của gen ngắn và dài thay đổi trong một sinh vật, điều tương tự cũng xảy ra. Nó giống như sự lão hóa là sự mất cân bằng tinh tế, xa khỏi trạng thái cân bằng. Những thay đổi nhỏ trong gen dường như không phải là vấn đề lớn, nhưng những thay đổi tinh tế này đang đè nặng lên bạn, đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn."
Là một chuyên gia về các hệ thống phức tạp, Amaral là Giáo sư Kỹ thuật Hóa học và Sinh học của Erastus Otis Haven tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern. Stoeger là một học giả sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Amaral.
Nhìn qua các lứa tuổi
Để tiến hành nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều bộ dữ liệu lớn khác nhau, bao gồm Dự án biểu hiện mô-gen, một ngân hàng mô do Viện Y tế Quốc gia tài trợ lưu trữ các mẫu từ người hiến tặng cho mục đích nghiên cứu.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã phân tích các mẫu mô từ chuột - ở độ tuổi 4 tháng, 9 tháng, 12 tháng, 18 tháng và 24 tháng. Họ nhận thấy chiều dài trung bình của các gen thay đổi trong độ tuổi từ 4 tháng đến 9 tháng, một phát hiện gợi ý về một quá trình khởi phát sớm. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã phân tích các mẫu từ chuột, từ 6 tháng đến 24 tháng tuổi và cá killifish, từ 5 tuần đến 39 tuần.
“Dường như đã có điều gì đó xảy ra sớm trong đời, nhưng nó trở nên rõ ràng hơn theo tuổi tác,” Stoeger nói. "Dường như khi còn trẻ, các tế bào của chúng ta có thể chống lại những nhiễu loạn dẫn đến sự mất cân bằng trong hoạt động của gen. Sau đó, đột nhiên, các tế bào của chúng ta không còn khả năng chống lại nó nữa."
Sau khi hoàn thành nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu chuyển sự chú ý sang con người. Họ đã xem xét những thay đổi trong gen của con người từ 30 đến 49 tuổi, 50 đến 69 và sau đó là 70 tuổi trở lên. Những thay đổi có thể đo lường được trong hoạt động của gen theo chiều dài của gen đã xảy ra khi con người đến tuổi trung niên.
Amaral cho biết: “Kết quả đối với con người rất chắc chắn vì chúng tôi có nhiều mẫu xét nghiệm ở người hơn so với các loài động vật khác”. "Thật thú vị vì tất cả những con chuột chúng tôi nghiên cứu đều giống hệt nhau về mặt di truyền, cùng giới tính và được nuôi dưỡng trong cùng điều kiện phòng thí nghiệm, nhưng con người thì khác nhau. Chúng đều chết vì những nguyên nhân khác nhau và ở những độ tuổi khác nhau. Chúng tôi đã phân tích các mẫu từ đàn ông và phụ nữ riêng biệt và tìm thấy cùng một mô hình."
Thay đổi 'cấp hệ thống'
Ở tất cả các loài động vật, các nhà nghiên cứu nhận thấy những thay đổi tinh tế đối với hàng nghìn gen khác nhau trên các mẫu. Điều này có nghĩa là không chỉ một tập hợp nhỏ các gen góp phần vào quá trình lão hóa. Thay vào đó, lão hóa được đặc trưng bởi những thay đổi ở cấp độ hệ thống.
Quan điểm này khác với các phương pháp sinh học phổ biến nghiên cứu tác động của các gen đơn lẻ. Kể từ khi di truyền học hiện đại ra đời vào đầu thế kỷ 20, nhiều nhà nghiên cứu đã kỳ vọng có thể quy nhiều hiện tượng sinh học phức tạp cho các gen đơn lẻ. Và trong khi một số bệnh, chẳng hạn như bệnh máu khó đông, là kết quả của đột biến gen đơn lẻ, thì cách tiếp cận hẹp để nghiên cứu các gen đơn lẻ vẫn chưa dẫn đến lời giải thích cho vô số thay đổi xảy ra trong các bệnh thoái hóa thần kinh và lão hóa.
Amaral cho biết: “Chúng tôi chủ yếu tập trung vào một số lượng nhỏ gen, nghĩ rằng một số ít gen sẽ giải thích được bệnh tật. "Vì vậy, có thể trước đây chúng ta đã không tập trung vào điều đúng đắn. Bây giờ chúng ta có hiểu biết mới này, nó giống như có một công cụ mới. Nó giống như Galileo với kính thiên văn, nhìn vào không gian. Nhìn vào hoạt động của gen qua lăng kính mới này sẽ cho phép chúng ta để nhìn các hiện tượng sinh học khác đi."
(adv)
Sau khi tổng hợp các bộ dữ liệu lớn, nhiều bộ trong số đó đã được các nhà nghiên cứu tại Trường Y khoa Feinberg thuộc Đại học Tây Bắc sử dụng trong các nghiên cứu khác và trong các nghiên cứu bên ngoài Tây Bắc, Stoeger đã nảy ra ý tưởng kiểm tra gen, dựa trên độ dài của chúng.
Chiều dài của một gen dựa trên số lượng nucleotide bên trong nó. Mỗi chuỗi nucleotide dịch mã thành một axit amin, sau đó tạo thành protein. Do đó, một gen rất dài sẽ tạo ra một lượng protein lớn. Và một gen ngắn tạo ra một loại protein nhỏ. Theo Stoeger và Amaral, một tế bào cần có số lượng protein lớn và nhỏ cân bằng để đạt được cân bằng nội môi. Các vấn đề xảy ra khi số dư đó vượt quá giới hạn.
Mặc dù các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các gen dài có liên quan đến việc tăng tuổi thọ, nhưng các gen ngắn cũng đóng vai trò quan trọng trong cơ thể. Ví dụ, các gen ngắn được kêu gọi để giúp chống lại mầm bệnh.
Stoeger cho biết: “Một số gen ngắn có thể có lợi thế ngắn hạn về khả năng sống sót nhưng lại phải trả giá bằng tuổi thọ cuối cùng. "Vì vậy, bên ngoài phòng thí nghiệm nghiên cứu, những gen ngắn này có thể giúp tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt với cái giá phải trả là rút ngắn tuổi thọ cuối cùng của động vật."
Nghi ngờ có quan hệ với COVID-19 lâu dài
Phát hiện này cũng có thể giúp giải thích tại sao cơ thể mất nhiều thời gian hơn để chữa lành bệnh tật khi già đi. Ngay cả với một vết thương đơn giản như vết cắt do giấy, da của người lớn tuổi cũng cần nhiều thời gian hơn để phục hồi. Do sự mất cân bằng, các tế bào có ít nguồn dự trữ hơn để chống lại chấn thương.
"Thay vì chỉ đối phó với vết cắt, cơ thể còn phải đối phó với sự mất cân bằng hoạt động này", Amaral đưa ra giả thuyết. "Điều đó có thể giải thích tại sao, theo thời gian cùng với sự lão hóa, chúng ta không xử lý tốt các thách thức môi trường như khi chúng ta còn trẻ."
Và bởi vì hàng ngàn gen thay đổi ở cấp độ hệ thống, nên căn bệnh bắt đầu từ đâu không quan trọng. Điều này có khả năng giải thích các bệnh như COVID-19 kéo dài. Mặc dù một bệnh nhân có thể khỏi vi-rút ban đầu, nhưng cơ thể sẽ bị tổn thương ở những nơi khác.
"Chúng tôi biết những trường hợp nhiễm trùng - chủ yếu là nhiễm virus - dẫn đến những vấn đề khác sau này trong cuộc sống," Amaral nói. "Một số bệnh nhiễm vi-rút có thể dẫn đến ung thư. Tổn thương di chuyển ra khỏi vị trí bị nhiễm và ảnh hưởng đến các khu vực khác trên cơ thể chúng ta, sau đó ít có khả năng chống lại các thách thức môi trường."
Hy vọng vào sự can thiệp của y tế
Các nhà nghiên cứu tin rằng phát hiện của họ có thể mở ra những địa điểm mới cho sự phát triển của phương pháp trị liệu, được thiết kế để đảo ngược hoặc làm chậm quá trình lão hóa. Các nhà nghiên cứu lập luận rằng các phương pháp trị liệu hiện tại để điều trị bệnh chỉ nhắm vào các triệu chứng lão hóa chứ không phải bản thân lão hóa. Amaral và Stoeger so sánh nó với việc sử dụng Tylenol để hạ sốt thay vì điều trị căn bệnh gây sốt.
"Sốt có thể xảy ra vì nhiều lý do," Amaral nói. "Nó có thể do nhiễm trùng, cần dùng kháng sinh để chữa khỏi, hoặc do viêm ruột thừa, cần phải phẫu thuật. Ở đây, nó giống nhau. Vấn đề là sự mất cân bằng hoạt động của gen. Nếu bạn có thể giúp điều chỉnh sự mất cân bằng, thì bạn có thể giải quyết các hậu quả ở hạ lưu.”
Nguồn Đại học Tây Bắc
