Мирисът на прясно изпечен хляб е неустоим. Когато захарите и белтъците реагират под въздействието на топлина, те създават съединения, които придават на златистокафявата коричка богатия ѝ аромат. Подобни съединения се образуват и в организма ни, където са известни като крайни продукти на напредналото гликиране (AGEs). Телата ни по същество са пещи, поддържащи температура около 37 градуса по Целзий, а AGEs бавно се натрупват в продължение на десетилетия. Те намаляват еластичността на тъканите и предизвикват хронично възпаление, пише Шели Фан за Singularity Hub. 

Един от отличителните белези на стареенето, AGEs са свързани с редица проблеми свързани с възрастта, като увеличават риска от сърдечни заболявания, диабет и нарушения на очите и бъбреците. На теория премахването им би могло да да обърне процеса на стареене. Предишните опити обаче са се проваляли, което кара някои учени да подозират, че увреждането е необратимо. Веднъж образувани, AGEs остават.

Или може би не.

Екип от Revel Pharmaceuticals в Сан Франциско и техни колеги са избрали нов подход: те са създали синтетична версия на ензим, открит в микроорганизми, която е насочена към най-разпространения тип AGE в няколко вида човешки тъкани. В тъкан от 75-годишен донор ензимът е намалил нивата на AGE до стойности, наблюдавани при 30-годишен човек, което потенциално дава на клетките и заобикалящата ги структурна тъкан възможност да се възстановят и изградят наново.

Още по темата

Персонализираната ваксина на Moderna отваря нова глава в лечението на рака

Български учени забавят стареенето на кожата, използвайки мед и лечебни растения

„Тези проучвания показват, че увреждането на стареещите белтъци, за което досега се смяташе, че е необратимо, може да бъде поправено“, пише екипът. Авторът на изследването и главен изпълнителен директор на Revel Арън Крейвънс добавя в прессъобщение: „Необходима е още работа, но тези резултати променят изходното ни разбиране за този фундаментален аспект на процеса на стареене.“

„Ръждясване“ отвътре

AGEs често са наричани „ръждата“ на организма. Те се натрупват върху структурните белтъци и подобно на ръждата, която разяжда автомобил, постепенно ги увреждат. Учените откриват AGEs през 80-те години на миналия век и оттогава търсят начини да ги премахнат.

Повечето изследвания на стареенето са насочени към поддържането на клетките в добро състояние. На структурната тъкан около тях е отделяно много по-малко внимание, въпреки че тя съставлява около 70% от организма. Тези структурни компоненти се запазват особено дълго. Например на организма са му необходими 15 години, за да замени половината от колагена си.

Тази дълготрайност обаче има цена. Колкото по-дълго тези белтъци остават в организма, толкова по-голяма е вероятността да бъдат увредени от натрупването на AGEs. Последствията не се изчерпват с отпусната кожа, отслабени сухожилия и сковани стави. Сърцето, бъбреците, мозъкът и очите също могат да бъдат засегнати.

Още по темата

AI създаде нови вируси, способни да се размножават в лаборатория

Учените са разработили лекарства, които могат да се намесят в този процес. Някои от тях могат да спрат образуването на нови AGEs, но не успяват да премахнат вече натрупаните в тъканите или да възстановят увредените белтъци. Опитите за разработване на ензими, които да разграждат тези съединения, също не са успешни, до голяма степен защото в организма няма очевидни естествени ензими, които да послужат като отправна точка за белтъчно инженерство.

Авторите на новото изследване поглеждат извън организма, започвайки с необичайна идея. Човешките останки, включително белтъците, натоварени с AGEs, в крайна сметка се разграждат от микроорганизми. Екипът допуска, че тези микроорганизми може да съдържат ензими, които могат да бъдат конструирани така, че да почистват молекулярните отпадъци, докато все още сме живи.

Търсене на игла в купа сено

За да открие подходящ ензим, екипът се фокусира върху CML - най-разпространения тип AGE.

CML е едновременно изключително устойчив и вреден за организма. Той кара клетките да отделят възпалителни молекули, които втвърдяват тъканите и увреждат микроглията - имунните клетки, които служат като защитници на мозъка. По този начин CML може да допринася за влошаването на когнитивните функции с напредването на възрастта.

„Вярваме, че можете да премахнете [увреждането от CML] по ензимен път, като разработите тези ензими като косачки, които просто да изрязват и отстраняват тези промени от белтъците“, казва Крейвънс пред The Scientist.

Екипът анализира с помощта на изкуствен интелект ДНК последователностите на повече от 50 000 микроорганизма и прогнозира структурите на ензимите, които те кодират. След това учените ограничават избора, като търсят ензими, способни да достигнат до CML, скрит дълбоко в по-големи белтъци като колагена. Подходящият ензим е открит в бактерия, която вирее в геотермални горещи извори.

Още по темата

Когато животът стане инженерство: Науката търси рецептата за създаването му

Ензимът можел да разцепва молекулите на CML, но ефектът бил едва забележим. За да повишат ефективността му, учените се насочили към насочена еволюция - носител на Нобелова награда техника, която имитира естествената еволюция с изключително висока скорост. След пет еволюционни кръга и повече от 500 милиона варианта те създават CMLase - конструиран ензим, който е повече от 10 пъти по-ефективен от своя предшественик.

За да проверят активността му, учените създават версии на няколко белтъка, натоварени с CML, включително колаген, белтъци на ретината и хемоглобин, който пренася кислород в кръвта. Първоначалните експерименти в епруветка показват, че ензимът работи според очакванията. Той премахва химическата модификация и възстановява първоначалната структура на белтъците, сякаш те никога не са реагирали със захар. Нещо като препарат против ръжда, но за увредени белтъци“.

Но работи ли това в реални тъкани?

Мишките може да изглеждат като очевидната следваща стъпка, но краткият им живот ги прави неподходящ модел за изследване на молекулярни увреждания, които се натрупват в продължение на десетилетия. Вместо това екипът тества CMLase върху тънки срезове от дарена човешка тъкан.

В аортна тъкан - аортата е най-големият кръвоносен съд в организма - от 75-годишен донор ензимът намалява нивата на CML с около 70%, до стойности, наблюдавани при 30-годишен човек. Белтъците от кожата и очната леща на 64-годишен донор също показват значително намаляване на CML.

„Бяхме наистина смаяни“, казва Крейвънс.

Химическото отстраняване на увреждането обаче не е същото като подмладяване на тъканта. Все още не е известно дали премахването на CML действително може да възстанови тъканите. Откритието обаче поставя под въпрос утвърдилото се в продължение на десетилетия схващане, че този тип молекулярно увреждане не може да бъде лекувано.

То също така насочва вниманието към отдавна пренебрегваните структурни белтъци като важна част от процеса на възстановяване на уврежданията, свързани със стареенето, и отваря възможност за разработването на нови лечения.

От лабораторен ензим до бъдещо лечение

Ензим като CMLase теоретично може да бъде разработен като капки за очи за премахване на CML от лещата или да се използва за възстановяване на защитната бариера на кожата, както и за възстановяване на тъканите на сърцето и бъбреците. Той би бил особено ценен за хората с диабет тип 2, при които тези съединения се натрупват по-бързо от обичайното.

Остават обаче много препятствия. Безопасността е един от основните проблеми. Тъй като CMLase произлиза от бактериален белтък, организмът може да го разпознае като чужд и да предизвика имунна реакция, особено при многократно приложение. Собствените ензими на организма също могат да го разградят, преди да успее да действа.

Освен това ензимите ще трябва да преминат през плътните биологични бариери, които защитават органите, за да достигнат до целта си. Работи се за подобряване на активността, стабилността и безопасността на CMLase.

Но екипът вече гледа отвъд CMLase. Конструираните ензими потенциално могат да премахват и други форми на молекулярни увреждания, които досега са се смятали за постоянни. CML е само един от членовете на семейството на AGEs. Ако подходът се окаже успешен, могат да последват и други мишени и една по една те може да започнат да заличават молекулярните белези на времето.

Още по темата

Нова технология може да промени лечението на мозъчни заболявания

Молекулярното лепило се очертава като следващия пробив за милиарди при рака

Иновациите в медицината вече лекуват доскоро нелечими метаболитни заболявания

AI вече засича различни заболявания години преди появата на симптоми

Регенеративната медицина - нова надежда за пациентите с хронична болка