Tại sao chúng ta già đi: Những giả thuyết chính xác nhất giải thích quá trình lão hóa của cơ thể

Tại sao tất cả chúng ta đều phải già đi? Đó là một câu hỏi từng khiến các nhà khoa học phải vò đầu bứt tai trong suốt nhiều thập kỷ. Nhưng cuối cùng, họ cũng tìm ra được một số câu trả lời. Và đây là những đáp án gần đúng nhất mà chúng ta có được cho tới thời điểm hiện tại.

Một trong những giả thuyết lâu đời nhất về lão hóa được gọi là giả thuyết tích lũy thiệt hại. Nhà sinh học người Đức August Weisman đã đề xuất nó lần đầu tiên vào năm 1882. Theo ông, các tế bào và sinh vật là những hệ thống phức tạp với nhiều thành phần, tất cả đều được kết nối với nhau một cách hết sức tinh tế.

Nhưng các hệ thống phức tạp của cơ thể thực ra lại rất mong manh. Trong hàng nghìn tỷ tế bào tạo nên cơ thể bạn, luôn có một số lượng tế bào bị tổn hại theo thời gian. Cơ thể có thể sửa chữa một phần nào trong số chúng, nhưng khi những thiệt hại còn lại bị tích lũy lại ngày càng nhiều, nó sẽ khiến cơ thể hao mòn và ngày càng mất khả năng tự sửa chữa.

Kết quả dẫn đến lão hóa và các bệnh của tuổi già.

Nhà sinh học người Đức August Weisman.

Giả thuyết về các gốc tự do

Giả thuyết lão hóa do gốc tự do là một phiên bản khác của thuyết tích lũy thiệt hại, được giới thiệu bởi nhà sinh học Rebeca Gerschman người Argenetina và Daniel Gilbert người Mỹ vào năm 1954. Đến năm 1956, nó tiếp tục được Denham Harman, một nhà hóa học người Mỹ, phát triển thêm.

Theo giả thuyết này, gốc tự do là các sản phẩm phụ tự nhiên sinh ra từ quá trình hô hấp và trao đổi chất của cơ thể. Chúng liên tục được tích tụ lại theo thời gian. Harman nhận thấy rằng cả tổn thương tế bào và gốc tự do đều tăng theo tuổi tác, do đó, ông đưa ra giả thuyết rằng chính các gốc tự do chính là nguyên nhân gây ra thiệt hại ấy.

Các gốc tự do mà Harman tập trung nghiên cứu được ông gọi là các "dạng phản ứng oxy hóa" (reactive oxygene species -ROS). Chúng được tạo ra bởi tế bào ty thể trong quá trình chuyển hóa chất dinh dưỡng thành năng lượng cho tế bào hoạt động.

Các nhà khoa học phát hiện ra rằng ROS có thể tấn công và phản ứng với DNA, protein cũng như lipid (chất béo), làm thay đổi tính chất và chức năng của chúng. Trong các thí nghiệm, việc tăng sản xuất ROS trong nấm men, giun và ruồi giấm đã rút ngắn tuổi thọ của chúng.

Giả thuyết của Harman đã thống trị lĩnh vực nghiên cứu lão khoa từ thập niên 1990 cho tới đầu những năm 2000. Nhưng sau đó, một số nghiên cứu bắt đầu phát hiện ra những kết quả mâu thuẫn với giả thuyết. 

Thử nghiệm trên động vật, chẳng hạn như ở kỳ nhông và chuột, cho thấy, khi các nhà khoa học tắt gene chống oxy hóa và phân hủy gốc tự do trong các loài vật này, tuổi thọ của chúng không hề bị thay đổi.

Để dung hòa những phát hiện mâu thuẫn này, các nhà khoa học đề xuất rằng ROS chỉ là một yếu tố đóng vai trò như một tín hiệu cho các quá trình kích hoạt lão hóa khác xảy ra. Có vẻ như tới giờ, giả thuyết về gốc tự do đang dần bị phủ nhận và lu mờ hơn các giả thuyết khác giải thích cho sự lão hóa.

Các nhà khoa học phát hiện ra rằng ROS có thể tấn công và phản ứng với DNA. 

Giả thuyết tiến hóa nuôi dưỡng bệnh tật

Trước khi tiếp tục hành trình khám phá các giả thuyết giải thích sự lão hóa, chúng ta cần rẽ vào một hành lang nhỏ trong các giả thuyết sinh học tiến hóa.

Chúng ta biết rằng gene là yếu tố quyết định và kiểm soát nhiều quá trình xảy ra trong cơ thể, trong đó có việc sản xuất protein cũng như cả ngoại hình của chúng ta.

Gene có thể bị thay đổi thông qua các đột biến. Tất cả chúng ta đều đang mang trong mình nhiều đột biến trên nhiều gene. Hầu hết các đột biến này chỉ ở dạng ẩn, nghĩa là chúng không ảnh hưởng đến cuộc sống hay ngoại hình của bạn. Nhưng có mốt số đột biến gây ra các tác động tiêu cực và tích cực cũng có.

Thuyết tiến hóa bằng chọn lọc tự nhiên đề xuất rằng nếu một gene (hoặc đột biến gene) mang lại lợi thế cho sự sống sót của sinh vật, nó có nhiều cơ hội được truyền lại cho thế hệ tiếp theo. Nhưng nếu một đột biến gene được coi là xấu,nó sẽ bị loại bỏ trong quá trình tiến hóa.

Trong số các bệnh tật mà con người đang mắc phải, có nhiều bệnh liên quan đến di truyền được gây ra bởi đột biến. Nếu điều đó là đúng, tại sao những đột biến này vẫn còn tồn tại mà không bị loại bỏ bởi chọn lọc tự nhiên?

Con người ngày nay sở hữu các gene hỗ trợ sự phát triển và sinh sản khi còn trẻ, nhưng khi về già, chính các gene đó lại quay lại tấn công chúng ta và gây ra bệnh tật.

Năm 1957, một nhà sinh học tiến hóa người Mỹ tên là George Williams đã đề xuất một lời giải đáp. Theo giả thuyết "antagonistic pleiotropy" (tác động đối nghịch) của ông, một đột biến gene có thể dẫn đến cả hai đặc điểm tốt và xấu. Nhưng nếu đặc điểm tốt vượt trội hơn đặc điểm xấu, đột biến đó sẽ không bị loại bỏ.

Ví dụ, các đột biến gây bệnh Huntington có thể cải thiện khả năng sinh sản và giảm nguy cơ mắc ung thư; đột biến gây bệnh hồng cầu hình liềm lại bảo vệ được bệnh nhân trước bệnh sốt rét; và đột biến liên quan đến chứng xơ nang cũng giúp răng khả năng sinh sản. Đây chỉ là một vài trong số rất nhiều ví dụ khác cho giả thuyết này.

Chúng ta đang mang trong mình nhiều đột biến có lợi trong tuổi trẻ của mình – chúng giúp bạn sinh tồn, phát triển và duy trì nòi giống bằng sinh sản. Nhưng đổi lại, các đột biến sẽ tạo ra sự bất lợi trong phần sau này của cuộc đời.

Đó có thể là lời giải thích cho những căn bệnh làm suy mòn chúng ta khi về già.

Nhưng liệu giả thuyết của Williams Williams có thể giải thích bản thân sự lão hóa được hay không? Liệu chúng ta có thể tìm ra các gene cụ thể gây ra những tổn hại trong phần sau cuộc đời của mình và tắt chúng đi? Liệu điều đó có mang lại sự sống bất tử?

Liệu chúng ta có thể tìm ra các gene cụ thể gây ra những tổn hại trong phần sau cuộc đời của mình và tắt chúng đi? Liệu điều đó có mang lại sự sống bất tử?

Giả thuyết tăng cường chức năng genee

Các câu hỏi phía trên đã được Mikhail Blagosklonny, một giáo sư ung thư học tại New York, trả lời trong một giả thuyết mà ông đề xuất vào năm 2006. Ông cho rằng nguyên nhân gây lão hóa chính là các protein (và các gene chịu trách nhiệm tạo ra chúng).

Các protein này ban đầu làm chức năng báo hiệu cho tế bào biết sự có mặt của chất dinh dưỡng. Một số protein này là các enzyme đang hỗ trợ các phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể chúng ta. Và một enzyme đặc biệt được giáo sư Blagosklonny điểm mặt gọi tên là TOR.

Khi enzyme TOR hoạt động, nó sẽ hướng dẫn các tế bào phát triển. Chúng ta cần TOR trong giai đoạn sớm của cuộc đời, để phát triển và trưởng thành về mặt tình dục. Nhưng trong phần còn lại của cuộc sống, TOR không còn quá cần thiết nữa.

Trên thực tế, nếu chức năng của TOR hoạt động quá mức sau tuổi trưởng thành, nó có thể liên quan đến nhiều căn bệnh bao gồm cả ung thư.

Bây giờ, nếu TOR và các gene cảm nhận chất dinh dưỡng khác là gốc rễ của sự lão hóa, thì liệu chúng có liên quan đến những thiệt hại tích lũy trong cơ thể hay ROS hay không?

Các thử nghiệm hiện đã chứng minh rằng chức năng tăng cường ở TOR có thể làm tăng sự phát triển của tế bào nhưng đồng thời làm giảm các cơ chế tự vệ của nó, bao gồm cả các chất chống oxy hóa. Điều đó có nghĩa là các thiệt hại tích lũy trong cơ thể không phải là nguyên nhân gốc rễ của sự lão hóa, nhưng nó chính là kết quả của sự tăng cường hoạt động của một số gene.

Các nhà khoa học hiện đang đi tìm các bằng chứng thực nghiệm cho giả thuyết tăng cường chức năng gene để giải thích sự lão hóa. Và cho tới hiện tại, các kết quả vẫn đang ủng hộ sự đúng đắn của nó. Những tiến bộ này hứa hẹn sẽ đem lại cho chúng ta sự hiểu biết cặn kẽ hơn về quá trình lão hóa, cho tới tận gốc rễ của nó.

Nếu làm được điều này, chúng ta có thể nhắm mục tiêu để điều trị và phòng ngừa rất nhiều căn bệnh do lão hóa gây ra. Và không loại trừ khả năng có thể tắt một số gene cụ thể để tạo ra những sinh vật bất tử.

• Tại sao chúng ta ngày càng già đi trong khi tế bào luôn tự nhân đôi?
• Cơ thể chúng ta tại sao teo nhỏ khi già đi?
• Tại sao về già chúng ta lùn đi?