Расти быстро, умирать молодым? Животные, инвестирующие в создание высококачественных биоматериалов, могут замедлить старение

Исследователи десятилетиями знают, что чем быстрее растет животное, тем короче его продолжительность жизни, по крайней мере среди млекопитающих. Это справедливо для видов разного размера. Одно из объяснений — ограниченное количество доступной энергии: больше энергии на рост означает меньше энергии на поддержание здоровья, что ведет к ускоренному старению. Другое объяснение связывает быстрый рост с высоким метаболизмом, вызывающим стресс и ускоряющим старение.

Однако эти объяснения могут не отражать полную картину. Например, некоторые виды выделяют больше энергии на поддержание, но не имеют лучшей устойчивости к стрессу. Кроме того, отрицательная связь между скоростью роста и долголетием сохраняется даже после учета уровня метаболизма, что указывает на другие недостающие звенья.

Стоимость создания биомассы

Создание биологических материалов (биомассы) требует энергии: на сборку (например, аминокислот в белки), проверку на ошибки, разрушение и перестройку дефектных материалов, транспортировку готовых материалов.

Чтобы измерить энергетические инвестиции в построение биомассы у разных видов, была выведена математическая зависимость между биосинтетической стоимостью и скоростями роста и метаболизма, основанная на законе сохранения энергии и данных по 139 животным.

Ранее считалось, что стоимость синтеза новой биомассы одинакова для разных видов. Однако анализ данных показал значительные различия. Например, голый землекоп имеет биосинтетическую стоимость более чем в три раза выше, чем у мыши той же массы тела. При этом голый землекоп живет до 30 лет, а мышь — всего 2–3 года.

Некоторые виды тратят больше энергии на создание единицы биомассы, возможно, отчасти из-за жизни в более опасной среде. Животные, которые растут быстрее, с большей вероятностью достигают репродуктивной зрелости, но платят за это низкокачественными биоматериалами.

Биосинтетическая стоимость и старение

Для объяснения связи между стоимостью и старением используется гипотеза «стоимость–качество». На клеточном уровне биосинтетическая стоимость частично определяется толерантностью клетки к ошибкам при создании материалов.

Протеостаз — процессы, поддерживающие уровень, структуру и функцию белков — играет ключевую роль в старении. Накопление белков с ошибками приводит к старению. Синтез и фолдинг белков неидеальны: 20–30% новых белков быстро деградируют из-за ошибок.

Разные виды имеют разную степень толерантности к ошибкам и контроля качества белков. Например, у мыши протеом содержит в 2–10 раз больше белков с неправильными аминокислотами по сравнению с протеомом голого землекопа.

• «Придирчивый» вид будет разрушать и переделывать белки с ошибками, используя механизмы контроля качества. Эти процессы требуют энергии и замедляют общую скорость роста биомассы. Такой вид тратит больше энергии на единицу новой биомассы и растет медленнее.
• Вид с высокой толерантностью к ошибкам будет включать дефектные белки в новую биомассу, что снижает биосинтетическую стоимость. Такой вид может функционировать с faulty-белками, более устойчив к стрессу и, следовательно, живет дольше.

Способность животного поддерживать гомеостаз зависит не только от количества энергии, выделяемой на поддержание, но и от качества производимой ткани. А качество этой ткани, по крайней мере частично, обусловлено энергией, инвестируемой в создание биомассы.

Эти результаты могут стать основой для изучения того, как различия в скорости развития и роста человека влияют на его здоровье, риск возрастных заболеваний и продолжительность жизни. Открывается новое направление исследований: можно ли манипулировать механизмами, определяющими энергетическую стоимость биосинтеза, чтобы замедлить старение?