O enzimă creată cu ajutorul inteligenței artificiale poate elimina din țesuturile umane compuși care se acumulează odată cu vârsta, alterându-le structura. Descoperirea deschide o direcție fascinantă: repararea anumitor urme moleculare ale timpului, după ce acestea s-au instalat deja în organism.
Îmbătrânirea nu se produce exclusiv în interiorul celulelor. O parte esențială a procesului are loc în matricea care le susține - în proteinele cu viață lungă, precum colagenul, ale căror structuri se modifică lent, dar ireversibil, de-a lungul deceniilor. Printre principalii responsabili se numără produșii finali de glicare avansată, cunoscuți sub acronimul AGEs: compuși rezultați din reacția dintre zaharuri și proteine sau lipide. O echipă de oameni de știință de la Revel Pharmaceuticals, un startup american de biotehnologie axat pe cercetarea longevității, a creat o enzimă capabilă să îndepărteze unul dintre cei mai răspândiți produși AGEs din țesuturile umane. Descoperirea nu reprezintă încă un tratament, dar deschide o direcție cu totul nouă: aceea a reparării anumitor modificări moleculare ale îmbătrânirii după ce acestea s-au instalat deja.
În ultimele decenii, cercetarea longevității s-a concentrat în mare măsură asupra celulelor: deteriorarea ADN-ului, scăderea capacității de regenerare, modificările metabolice și pierderea mecanismelor de reparare.
Există însă o altă dimensiune, mai puțin dezbătută, dar la fel de importantă: îmbătrânirea țesuturilor care se reînnoiesc foarte lent. Colagenul, de exemplu, poate persista în organism 15 ani. În tot acest timp, el este expus unor reacții chimice care îi modifică treptat proprietățile.
Una dintre aceste reacții este glicarea. Atunci când moleculele de zahăr se leagă spontan de proteine și lipide, fără intervenția unei enzime, se formează, în timp, produși finali de glicare avansată - AGEs. Procesul este înrudit cu reacțiile care dau pâinii coapte aspectul de rumenit. În organism, însă, consecințele sunt cu totul diferite.
AGEs formează legături rigide între fibrele de colagen, reducând elasticitatea țesuturilor și alterându-le funcția. Ei pot contribui la inflamație, rigidizarea vaselor de sânge, afectarea rinichilor și apariția unor complicații oculare sau metabolice asociate diabetului.
Dr. John Baynes, biochimist și profesor emerit la Universitatea din Carolina de Sud, care și-a dedicat o mare parte a carierei studierii acestor compuși, i-a comparat cu rugina: se depun lent pe proteinele țesuturilor și le degradează structura.
Ceea ce știința a încercat până acum, a fost, în principal, împiedicarea formării produșilor AGEs. Strategia s-a dovedit însă dificilă. Reacțiile chimice implicate sunt numeroase, se desfășoară în mod natural și sunt distribuite în întreg organismul. Studiul publicat în revista Nature Communications de cercetătorii start-upului Revel a schimbat această paradigmă, propunând o modificare de perspectivă. În loc să blocheze procesul înainte de apariția compușilor, cercetătorii au încercat să-i elimine după ce aceștia s-au format.
Enzima creată de echipa companiei Revel Pharmaceuticals a fost denumită CMLase. Ea este proiectată să recunoască și să scindeze una dintre cele mai comune structuri rezultate prin glicare, cunoscută sub numele de carboximetil-lizină sau CML.
Conceptul este important nu doar prin eficiența enzimei, ci și prin principiul pe care îl demonstrează: anumite modificări asociate îmbătrânirii nu sunt neapărat definitiv „scrise” în țesut. Unele dintre ele ar putea fi îndepărtate, dacă este identificat instrumentul biologic potrivit.
„Este un pas mic într-o direcție mai amplă, pentru că îmbătrânirea este extrem de complicată”, a declarat Aaron Cravens, doctor în bioinginerie, autorul principal al studiului și director executiv al Revel Pharmaceuticals. - „Dar este prima dată când, după cunoștințele mele, s-a demonstrat la nivel structural că unele dintre aceste modificări pot fi inversate.”
Ideea de la care a pornit cercetarea are o logică interesantă. După moarte, țesuturile organismelor vii sunt descompuse și reintegrate în circuitul biosferei. Prin urmare, în natură trebuie să existe mecanisme capabile să desfacă inclusiv compuși foarte rezistenți.
Cercetătorii au căutat aceste mecanisme în interiorul microorganismelor - organisme care participă la descompunerea materiei organice. Cu ajutorul inteligenței artificiale, au analizat secvențele genetice a peste 50.000 de microorganisme și au modelat structurile enzimelor pe care le-ar putea produce fiecare dintre ele.
Din miile de posibilități, echipa a selectat enzimele care păreau capabile să acționeze asupra produșilor AGEs. Candidatul promițător a fost apoi modificat prin mai multe cicluri de evoluție dirijată - un proces prin care cercetătorii selectează și optimizează succesiv variantele cu performanțe superioare.
Rezultatul a fost CMLase, o enzimă capabilă să îndepărteze CML din probe de țesut uman. Într-unul dintre cele mai spectaculoase experimente, cercetătorii au tratat mostre de piele provenite de la persoane în vârstă de 70 de ani. După intervenție, nivelul compusului urmărit a fost comparabil cu cel observat în probe provenite de la persoane de aproximativ 30 de ani.
Desigur, rezultatul trebuie interpretat cu precauție. El nu înseamnă că pielea a fost întinerită în ansamblul ei și nici că procesul general al îmbătrânirii a fost inversat. Cercetătorii au redus un anumit tip de modificare moleculară într-un țesut, în condiții de laborator. Diferența dintre acest rezultat și un tratament funcțional pentru oameni este încă substanțială.
Una dintre primele direcții de testare vizează bolile oculare în care produșii AGEs se acumulează în retină și cristalin. Aceste modificări sunt asociate cu mai multe complicații ale diabetului, inclusiv deteriorarea structurilor responsabile de vedere.
În teorie, o enzimă precum CMLase ar putea fi administrată local, periodic sau, în anumite situații, într-o singură intervenție. Scopul ar fi îndepărtarea acumulărilor care întrețin inflamația și afectează funcționarea țesutului. În practică, înainte de a ajunge la pacienți, enzima va trebui testată în modele biologice complexe și, ulterior, în studii clinice care să clarifice eficiența, dozajul, durata efectului și siguranța sa.
Dacă rezultatele vor fi confirmate în condiții clinice, aplicațiile ar putea depăși domeniul oftalmologiei. Reducerea legăturilor rigide formate în colagen ar putea contribui la îmbunătățirea elasticității pielii. În alte țesuturi, îndepărtarea anumitor produse de glicare ar putea susține funcția renală sau cardiovasculară.
Dar cercetarea ridică și o întrebare mai profundă despre modul în care definim îmbătrânirea. Este ea un declin uniform, care afectează toate componentele organismului în aceeași direcție? Sau este o sumă de procese distincte, unele dintre ele susceptibile de a fi încetinite, reparate ori chiar inversate parțial?
Cel mai probabil, răspunsul se află undeva la mijloc. Îmbătrânirea este un fenomen sistemic, influențat de genetică, metabolism, inflamație, stil de viață și mediu. O singură enzimă nu poate anula toate aceste procese. Poate însă interveni asupra unei verigi concrete dintr-un lanț complex de deteriorări. - „Această clasă de proteine are un potențial considerabil, încă insuficient explorat, pentru tratarea mai multor boli umane”, conchide dr. Aaron Cravens.
CMLase nu este, deocamdată, o fântână a tinereții și nici o soluție pentru prelungirea vieții. Este ceva mai riguros și, tocmai de aceea, mai promițător: un instrument molecular care ar putea permite organismului să își recupereze o parte din flexibilitatea pierdută. Genul de descoperire care nu poate modela perfect timpul, dar începe să arate unde, cum și cât ar putea fi dat înapoi.
