Черви-сверхдолгожители помогли ученым найти препараты от старости среди аптечных лекарств

Исследователи из стартапа Gero, Сколтеха, МФТИ и Университета медицинских наук Арканзаса нашли способ повторно использовать большие данные о работе генов червей и выяснили, что старение нематод — это частично запрограммированный процесс, в который можно вмешаться с помощью лекарств из аптеки. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Одно из самых изученных живых существ на планете — почвенная нематода С. elegance. Ее геном секвенировали первым среди многоклеточных, а каждая из порядка тысячи клеток описана биологами (1). Черви-нематоды живут недолго, всего 15-25 дней, поэтому на них удобно изучать старение многоклеточного организма. Ученым уже удавалось увеличить продолжительность жизни C. elegance в рекордные для животных 10 раз с помощью мутации всего в одном гене (2). Но оставалось загадкой, как такое драматическое вмешательство влияет на процесс развития и старения организма, и можно ли имитировать его с помощью лекарств, которые смогут принимать люди.

Чтобы ответить на этот вопрос, международная команда исследователей под руководством Петра Федичева, основателя Gero, стартапа-резидента «Сколково» по борьбе со старением, и руководителя Лаборатории моделирования живых систем МФТИ, сравнила, как работают гены обычных червей и червей-долгожителей в течение жизни. Для этого ученые поставили эксперимент, в котором нематодам радикально продлевали жизнь с помощью различных генетических манипуляций. С помощью методов машинного обучения исследователям удалось объединить полученные результаты с уже опубликованными данными более ранних экспериментов: стоимость получившегося датасета, названного учеными MetaWorm, близится к десятку миллионов долларов. Анализ этого уникального набора данных позволил выявить универсальные закономерности процесса старения нематод.

«Больше всего мы беспокоились, что процессы старения у червя, живущего в 10 раз дольше, происходят совершенно иначе, чем у его нормально стареющего собрата. Это означало бы, что радикальное продление жизни потребует серьезных вмешательств в организм, а изучение животных, стареющих с обычной скоростью, не скажет нам ничего о путях создания по-настоящему эффективной терапии против старения», объясняет Петр Федичев.

Оказалось, что старение червя крайне напоминает программу: характер изменения активности генов в течение жизни был одинаков у всех мутантов, а различия в ее продолжительности были вызваны изменением скорости этого процесса. Исследователи предположили, что аналогичного эффекта можно достичь с помощью препаратов, не прибегая к вмешательствам на генетическом уровне.

Для подтверждения гипотезы ученые обратились к базе Connectivity Map (CMAP) of Broad Institute of MIT and Harvard, которая содержит информацию о влиянии практически всех существующих лекарств на работу генов клеток человека. Исследователи искали среди них те, что изменяют активность генов человеческих клеток таким образом, чтобы максимально компенсировать возрастные изменения.

Image: Andrei Tarkhov

Image: Andrei Tarkhov

Из 1309 лекарств, входящих в базу CMAP, ученые отобрали 10 препаратов, которые, судя по данным, влияли на работу генов нужным образом. Эффект 4 препаратов из этого списка на продолжительность жизни никогда ранее не изучали. Эксперимент показал, что все они в той или иной степени замедляют старение нематод: самый сильный препарат продлевал жизнь червя на 30%.

Роберт Шмуклер Рис, автор работы по продлению жизни нематоды в 10 раз и руководитель данного исследования со стороны Университета медицинских наук Арканзаса, подчеркивает, насколько выдающимися являются результаты исследования: «В более ранних исследованиях фармакологически активных веществ (3) было показано, что шанс обнаружить соединение, продлевающее жизнь нематоды C. elegans, меньше 1 из 20. Наш результат разительно отличается: 4 из 4 экспериментально протестированных лекарств продлили жизнь нематодам, несмотря на то, что ни одно из них ранее не изучалось в контексте старения — мы отобрали их исключительно на основе действия против возрастных изменений активности генов. Это на редкость убедительное доказательство эволюционной консервативности профиля активности генов, участвующих в процессе старения: он сохраняется от нематод до человека и, вероятно, крайне схож у всех животных».

Андрей Тархов, научный сотрудник Gero и аспирант Сколковского института науки и технологий, добавляет: «Мы сделали сразу несколько открытий, имеющих практическое значение и для борьбы со старением человека. Во-первых, обнаружили, что старение червей отчасти запрограммировано и эта программа поддается коррекции с помощью лекарств — есть вероятность, что это верно и для других многоклеточных, вплоть до человека. Во-вторых, предложили новый способ поиска веществ, продлевающих жизнь. Традиционно их ищут при помощи скрининга больших баз химических соединений. Это трудоемкая процедура, а нужный эффект можно пропустить в силу неудачного стечения обстоятельств — например, неправильного подбора дозы. Наш метод позволяет прицельно искать вещества с нужным действием, в том числе среди лекарств, которые уже присутствуют на рынке и могут быть относительно просто введены в практику как средства от старения»

*****

Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) – негосударственное научно-образовательное учреждение. Созданный в 2011 году при участии Массачусетского технологического института (МТИ), институт готовит новые поколения исследователей и предпринимателей, развивает научные знания и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром в новом тысячелетии. Сколтех строит свою работу, опираясь на опыт лучших российских и международных образовательных и исследовательских институтов. При этом особый акцент делается на преподавание навыков предпринимательской и инновационной деятельности. Сайт: https://www.skoltech.ru/

Gero

Российский стартап Gero, резидент «Сколково», использует большие данные, машинное обучение и методы из физики для разработки новых лекарств против старения и создания алгоритмов оценки возрастных рисков. Научной командой Gero руководит Петр Федичев, кандидат физико-математических наук, заведующий Лабораторией моделирования живых систем МФТИ. В Gero создали модель процессов старения и превратили ее в платформу для поиска мишеней и биомаркеров. Последние открытия и разработки: соединения, продлевающие жизнь нематодам, методы оценки рисков для здоровья по данным носимых устройств, гены здоровой продолжительности жизни человека, бесплатное приложение Gero Healthspan для оценки биовозраста и здоровой продолжительности жизни.

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Tweet about this on Twitter0Share on Facebook0Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Share on VK