Ученые нашли в ДНК 194-летней черепахи возможные ключи к долголетию

Гигантской сейшельской черепахе Джонатану примерно 194 года — он считается старейшим из известных ныне живущих наземных животных. Ученые изучили его ДНК и обнаружили особенности, которые могут объяснить, как ему удалось прожить почти два столетия. Результаты опубликованы в Science Advances.

Исследователи обнаружили у Джонатана генетические особенности, связанные с восстановлением повреждённой ДНК, регуляцией обмена веществ и подавлением опухолей. Кроме того, некоторые механизмы, регулирующие активность его генов, оказались похожи на те, что наблюдаются у гораздо более молодых животных. Дальнейшее изучение этих особенностей поможет лучше понять старение и в перспективе найти способы снизить риск возрастных заболеваний у людей.

Точный возраст Джонатана установить трудно: надёжные записи о рождении черепах, живущих по нескольку столетий, встречаются редко. Однако его возраст подтверждается документами лучше, чем возраст других черепах, которым приписывают сопоставительное долголетие, рассказал исследователь Бенджамин Вайсвил.

Что обнаружили в генах Джонатана

Учёные секвенировали геном черепахи и изучили её эпигеном — химические метки, которые помогают регулировать активность генов, включая их включение и выключение. Исследователи выявили 287 вариантов генов, уникальных для Джонатана. Некоторые из них связаны с процессами, которые могут помогать организму дольше сохранять работоспособность: восстановлением повреждённой ДНК, регуляцией инсулина, функционированием митохондрий, работой теломер и подавлением опухолей.

Митохондрии — это клеточные структуры, обеспечивающие клетку энергией. Инсулин — гормон, который регулирует уровень глюкозы в крови и помогает ей поступать в клетки, где она используется для получения энергии. Теломеры — защитные структуры на концах хромосом, содержащих генетическую информацию. Их состояние также связано с процессами старения.

Исследователи также обнаружили у Джонатана дополнительные копии гена, кодирующего белок, который участвует в распознавании стареющих и раковых клеток. Однако пока учёные не могут утверждать, что именно эти генетические особенности объясняют необыкновенную продолжительность его жизни: исследование выявляет возможные связи, но не доказывает прямую причинно-следственную зависимость.

Почему механизмы восстановления ДНК так важны

С возрастом в организме накапливаются повреждения генетического материала, клеток и тканей. Со временем это может приводить к нарушению их функций. Учёные широко признают, что накопление таких повреждений играет важную роль в старении, однако до сих пор не до конца понимают, что именно вызывает эти повреждения и почему молодые организмы обычно эффективнее справляются с их устранением, чем старые.

Но исследователи изучали не только последовательность ДНК. Они также сравнили эпигеном Джонатана с эпигеномом четырёх других гигантских сейшельских черепах — от пятилетней особи до более взрослых животных.

Эпигеном можно представить как систему переключателей, регулирующих активность генов. Сама последовательность ДНК при этом не обязательно меняется: меняются химические метки, влияющие на то, какие участки генетического материала работают активнее, а какие остаются выключенными. С возрастом такие регуляторные механизмы тоже меняются, и это может быть связано с ухудшением работы организма.

Чтобы объяснить различие между геномом и эпигеномом, Вайсвил сравнил геном с поваренной книгой, а эпигеном — с рукописными пометками на её полях. По мере старения книги эти пометки становятся всё менее разборчивыми. В биологии похожий процесс называют ростом энтропии метилирования — увеличением хаотичности определённых химических изменений ДНК.

У Джонатана большинство таких «пометок» действительно выглядело очень старым. Однако в отдельных участках ДНК, которые действуют как переключатели генов, связанных с долголетием, энтропия метилирования оказалась ниже, чем у всех изученных черепах, кроме пятилетней особи. Иными словами, в некоторых участках эпигенома, регулирующих важные для долголетия гены, сохранялись особенности, характерные для молодых черепах.

«Мы обнаружили, что регуляторы генов, участвующих в производстве энергии и восстановлении ДНК, оставались у Джонатана удивительно стабильными на протяжении почти двух столетий», — отметил Джастин Герлах из Кембриджского университета, участвовавший в исследовании.

Как учёные изучали старейшую черепаху

Получить биологические образцы Джонатана оказалось непросто. Власти острова Святой Елены ограничивают забор крови, чтобы снизить риск инфекций. Поэтому исследователи использовали специальный набор инструментов, чтобы взять образец ткани из-под языка черепахи. Для этого учёные дождались момента, когда Джонатан начал кусать воздух, словно ожидая кормления. Затем ему осторожно приоткрыли рот рукой в перчатке и взяли образец.

На продолжительность жизни Джонатана могли повлиять и условия содержания. Он живёт на тропическом острове, получает подходящее питание, а за его состоянием следят ветеринары. Поэтому отделить влияние генетики от воздействия окружающей среды пока невозможно.

Тем не менее результаты вполне согласуются с некоторыми наблюдениями, сделанными при изучении исключительно долгожителей среди людей. Это может указывать на то, что определённые механизмы старения и защиты клеток действуют сходным образом у разных видов.

Вайсвил привёл в пример недавнее исследование генов женщины, прожившей 117 лет: у неё обнаружили необычно эффективную работу митохондрий. Подобные особенности исследователи выявили и в некоторых участках генома Джонатана. Это сходство заслуживает дальнейшего изучения, хотя само по себе ещё не доказывает, что механизмы долголетия у человека и черепах одинаковы.

фото: guinnessworldrecords.com