Biogerontologia – ikääntyminen biologin silmin

Ikääntymisen tutkiminen lähti käyntiin 1900-luvun alussa. Tätä ennen ikääntyminen ja iän mukanaan tuomat ongelmat eivät olleet suurikaan pulma – olihan odotettavissa oleva elinikä huomattavasti nykyistä lyhyempi. Tällöin oli järkevääkin keskittyä toisenlaisiin terveysongelmiin, vaikkapa miten suojautua kulkutaudeilta, joihin menehtyi suuria ihmisjoukkoja. Mitä ikääntymisen biologiasta tiedetään nykyisin?

Vielä 1900-luvulla ihmisen keskimääräinen odotettavissa olevan elinikä oli 50-vuoden paikkeilla. Tästä on 2000-luvulle tultaessa tultu jo yli 80-vuoden, eli lähes puolet pidempään eliniän odotteeseen. Tämän myötä myös ikääntymisen mukanaan tuomat ongelmat ovat lisääntyneet. Kun aiemmin yleisin kuolinsyy olivat keuhkokuume ja tuberkuloosi, nykyisin kärjessä ovat sydän- ja verisuonitaudit ja syövät. Tänä päivänä ihmiset joutuvat kohtaamaan vanhetessaan hyvin erilaisia haasteita, ja ikääntymisen tutkimus onkin edennyt harppauksin.

Biogerontologian”big bang”

Siinä missä gerontologian tutkimusala yhdistää biologian lisäksi psykologiaa, sosiologiaa ja terveystiedettä, keskittyy biogerontologia selvittämään biologisten mekanismien kautta miten ja miksi ikäännymme. Biogerontologia eriytyi omaksi tutkimusalueekseen 1940-luvulla. Ensimmäinen ikääntymistutkijoiden kokous järjestettiin 1937 Massachusettsissa, USAssa. Tämän kokouksen pohjalta perusteettiin myöhemmin Amerikan Gerontologian yhdistys (Gerontological Society of America). Vuonna 1946 puolestaan julkaistiin ensimmäinen ikääntymisen biologiaan keskittynyt tiedelehti (Journal of Gerontology).

Samaan aikaan myös lääketieteen puolella kiinnostus ikääntymistä kohtaan kasvoi, ja 1942 perustettiin Amerikan geriatrien yhdistys (American Geriatrics Society). Geriatria keskittyy vanhuuden sairauksien ja niiden hoitomuotojen lääketieteelliseen tutkimukseen. Kaikki tämä lisäsi tietoisuutta ikääntymisestä ja sen mukanaan tuomista ongelmista. Seuraava suuri merkkipaalu tapahtui vuonna 1974, jolloin perusteettiin ikääntymisen kansallinen instituutti (National Institute of Aging, NIA). Nykypäivänä NIAn kautta ohjautuu valtavasti varoja ikääntymisen tutkimiseen.

Ikääntymisen biologiset syyt tunnetaan nykyisin hyvin

Biogerontologian pioneereina voidaan pitää tutkijoita nimeltä Leonard Hayflick ja Robin Holliday. Hayflick havaitsi, että soluilla on rajallinen kyky jakautua. Tätä rajallista solunjakautumiskertojen määrää kutsutaan yhä löytäjänsä mukaan Hayflickin rajaksi. Myöhemmin Hayflickin rajan syyksi paljastuivat solun DNA:n päässä olevat toistojaksot, telomeerit. Holliday puolestaan huomasi, että epigeneettinen säätely toimii geenien toiminnan hiljentämisessä ja voi siten ohjata myös vanhenemista. Epigeneettisellä säätelyllä tarkoitetaan geeninsäätelyä, joka ohjaa geenien toimintaa muuttamatta niiden rakennetta. Hayflickin ja Hollidayn tutkimuksiaan voidaan pitää modernin biogerontologian perustana.

Vuosien saatossa ikääntymisen biologisista syistä on muodostettu joukko teorioita. Nämä teoriat menevät osin päällekkäin, niistä jokainen esittelee osan totuudesta, mutta yksikään ei kykene yksiselitteisesti määrittelemään ikääntymisen syitä. Ikääntymisen biologiset teoriat voidaan jakaa kahteen eri luokkaan: ohjelmoituun ikääntymiseen ja virheiden karttumisteoriaan. Näiden kategorioiden alle lukeutuu satoja eri teorioita aina telomeerien kulumisesta vastustuskyvyn heikkenemiseen, joista jokaisella on oma kannattajakuntansa.

Elämme geenien kulta-aikaa ikääntymisen tutkimuksessa

Viime vuosina biogerontologinen tutkimus on painottunut vahvasi genetiikan puolelle. Yksi syy tähän lienee ihmisen perimänkartoitushankkeen (Human Genome Project) valmistuminen etuajassa vuonna 2003. Hankkeen myötä perimätietoa voidaan yhä paremmin hyödyntää niin sairauksien kuin ikääntymisenkin tutkimuksessa.

Tänä päivänä tunnetaan jo useita yksittäisiä geenejä, joiden toiminnan hiljentäminen tai vahvistaminen lisää elinikää eläinmalleissa. Ihmisen elinikä on kuitenkin harvoin seurausta vain yhden geenin toiminnasta – elinikä on polygeeninen ominaisuus eli siihen vaikuttaa suuri joukko geenejä.  Valitettavasti geenien muokkaus ei ihmisellä ole myöskään niin suoraviivaista kuin ikääntymistutkimuksissa käytettävillä mallieliöillä – kehomme voi tarvita tiettyä geeniä kasvun ja kehittymisen eri vaiheissa, vaikka samaisen geenin aktiivisuus varttuneella iällä lyhentäisikin elinikää. Asioita monimutkaistaa vielä geeniperimän kylkiäisenä tuleva epigeneettinen säätely.

Ikääntymisen biologisten syiden manipulointi – liian monta pelinappulaa?

Nykyinen tietämys ikääntymisen biologiasta mahdollistaa eliniän manipuloinnin – ainakin malliorganismeissa. Nykyisin pystytään jo geenimanipulaation avulla luomaan poikkeuksellisen pitkäikäisiä eläimiä. On kuitenkin vielä liian optimisista uskoa, että kaikkiin ikääntymisen syihin voitaisiin puuttua ja näin estää koko ikääntymisprosessi. Mitä monimukaisempi eliö, sitä monimukaisempaa on myös manipuloida sen toimintaa. Ikääntymisen biologia tarjoaa siis vielä runsaasti ratkaisemattomia tutkimusaiheita uusien sukupolvien biogerontologeille!

Lähteet:
Roger B. McDonald: Biology of aging (2014), p.1-23.
Holliday R: The significance of DNA methylation in cellular aging. Basic Life Sci 1985, 35:269-283.
Hayflick L: The Limited in Vitro Lifetime of Human Diploid Cell Strains. Exp Cell Res 1965, 37:614-636.
Holliday R: Aging is no longer an unsolved problem in biology. Ann N Y Acad Sci 2006, 1067:1-9.
Jin K: Modern Biological Theories of Aging. Aging Dis 2010, 1(2):72-74.
Rattan SI, Singh R: Progress & prospects: gene therapy in aging. Gene Ther 2009, 16(1):3-9.

Kirjoittaja:

Sira Karvinen

Sira Karvinen
Blogi: ikäKRIISI
Tutkijatohtori
Solubiologi, liikuntafysiologian tohtori
GEREC, Liikuntatieteellinen tiedekunta, Jyväskylän Yliopisto