Vanheneminen on kutkuttavan monimutkainen ilmiö. Jotta sen saloihin päästäisiin käsiksi ihmisten avulla, täytyisi seuranta-ajan olla reilu sata vuotta. Yhden tutkijan elinkaaren aikana ei näin ollen kummoisiin tieteellisiin läpimurtoihin yllettäisi. Lisäksi ihmisten perimä, elinympäristö ja ravitsemus vaihtelevat suuresti, tehden syy-seuraus-suhteiden määrittämisestä vähintäänkin haastavaa. Tämän vuoksi vanhenemisen tutkimisessa hyödynnetään myös eläinmalleja. Eläinmaailmasta on löydetty myös kiinnostava, ikääntymistä uhmaava laji.

Sukkulamadot ikääntymisen salojen selvittäjinä

Vanhenemisen saloihin on yritetty päästä käsiksi erilaisten eläinmallien avulla jo vuosikymmeniä. Erityisesti selkärangattomat, kuten sukkulamadot (C. Elegans), ovat tähän tarkoitukseen sopivia. Niiden elämänkierto on lyhyt (elinikä 2-3 viikkoa), geenistö yksinkertainen ja muunneltavissa, ja ympäristö helposti kontrolloitavissa. Näin ollen sukkulamatoja on helppo manipuloida joko kehon sisältä (geenit) tai ulkoa (elinympäristö) ja selvittää näiden vaikutusta elinikään.

Hämmästyttävää kyllä, sukkulamadot, joilla on täsmälleen sama geeniperimä ja jotka elävät samassa ympäristössä, voi olla eri mittainen elinikä. Elinikään vaikuttaakin geenistön ja ympäristön lisäksi sattuma, jopa laboratorio-oloissa. Samaisilla sukkulamadoilla tehdyssä tutkimuksessa havaittiin myös pitkän eliniän haittapuolia; pitkäikäisiksi geenimuunnellut sukkulamadot olivat hitaasti kasvavia ja huonommin lisääntyviä, eivätkä kyenneet yhtä hyvin reagoimaan ympäristön muutoksiin kuin lyhempi-ikäiset lajitoverinsa. Tällaiset piirteet olisivat sukkulamotojen luonnollisessa elinympäristössä tuhoisia.

Vaikka sukkulamadot ovat oivallisia yksittäisten geenien tutkimuksessa, ei niissä havaitut ilmiöt välttämättä toistu ihmisessä. Ihmisen perimä ja elinjärjestelmät kun ovat huomattavasti sukkulamatoa monimutkaisempia. Siksi ikääntymisen tutkimus vaatii tuekseen myös monimutkaisempia, ihmistä paremmin mallintavia eläimiä.

Vanhenemisen jalostetut eläinmallit

Vanhenemisen geneettisen taustan tutkimista hankaloittaa erityisesti se, että monet vanhenemiseen vaikuttavat geenit ovat pleiotropisia. Pleiotropialla tarkoitetaan sitä, että yksi geeni vaikuttaa useaan yksilössä olevaan ominaisuuteen. Esimerkkinä geeni x saisi aikaan sekä urheiluhullun että pitkään elävän yksilön. Tämä geenien ominaisuuksien toisiinsa kytkeytyminen hankaloittaa yksittäisten geenien merkityksen selvittämistä.

Jalostetuilla eläinmalleilla tarkoitetaan yksilöitä, joille ei ole pakotettu jotain tiettyä geenimuunnosta mutaation avulla. Sen sijaan syntyneistä yksilöistä on sukupolvien ajan valikoitu sellaiset, joilla on jokin haluttu piirre. Sama periaate toimii myös vaikkapa karjan jalostamisessa. Tällaisella ohjatulla luonnonvalinnalla luotujen eläinmallien vahvuus on siinä, että ne edustavat perimän monimuotoisuudeltaan paremmin meitä ihmisiä.

Yksi esimerkki tällaisesta eläinmallista ovat hyvän ja huonon juoksukyvyn rotat. Nämä kaksi rottalinjaa on erotettu toisistaan jalostamaan hyviä juoksijoita keskenään ja huonoja juoksijoita keskenään. Tällöin useiden sukupolvien jalostuksen myötä juoksukyvystä tuleekin synnynnäinen ominaisuus. Pian havaittiin, että juoksukykyä jalostamalla tultiinkin samalla jalostaneeksi hyvin pitkäikäinen rottalinja – hyvät juoksijat nimittäin elävät selvästi huonoja juoksijoita pidempään riippumatta siitä, treenaavatko ne tätä perimässä saatua ominaisuutta vai eivät. Tässä nähdään aiemmin mainittu esimerkki pleiotropiasta käytännössä. Vastaavat useaan ominaisuuteen kytkeytyvät geenit ovat tyypillisiä myös ihmisille.

Kaljurotta uhmaa ikääntymistä

Kaljurotta on veikeän ulkomuotonsa lisäksi varsin kestävä nisäkäs. Se nimittäin uhmaa muita eläimiä koskevia ikääntymisen lakeja. Kaljurotat elävät huomattavasti pidempään kuin niiden koko antaisi ymmärtää. Siinä missä hiiret elävät vankeudessa noin kolme vuotta voi kaljurotta elää jopa yli kolmekymmentä.

Mikä on kaljurotan pitkän iän salaisuus? Yllättävää kyllä, kaljurotilla on havaittu olevan suuri oksidatiivisen stressin määrä ja lyhyet telomeerit. Näiden ajatellaan perinteisesti johtavan lyhyeen elinikään. Sen sijaan kaljurotilla on hyvin aktiiviset DNA:n korjausmekanismit ja runsaasti auttavia valkuaisaineita, jotka huolehtivat solun rakennusaineiden oikeasta muodosta. Ne eivät siis anna solutason vaurioiden kasaantua, vaan pitävät solunsa niin sanotusti siistinä vanhenemisesta huolimatta. Kaljurotat vaikuttavat myös torjuvan syövän syntymistä tehokkaasti.

Erilaiset eläinmallit voivat opettaa meille hurjasti vanhenemisesta. On tietysti kokonaan oma eettinen kysymyksensä, missä määrin eläimiä saa, tai saako, tutkimuksissa hyödyntää. Erityisesti yksittäisten mekanismien selvittäminen onnistuu nykyisillä tutkimuksen keinoilla kuitenkin luotettavasti vain hyvin kontrolloidussa ympäristöstä, johon ei toistaiseksi päästä käsiksi vain ihmisiä tutkimalla.

Lähteet:

• Kenyon C: The plasticity of aging: insights from long-lived mutants. Cell 2005, 120(4):449-460.
• Herndon LA, Schmeissner PJ, Dudaronek JM, Brown PA, Listner KM, Sakano Y, Paupard MC, Hall DH, Driscoll M: Stochastic and genetic factors influence tissue-specific decline in ageing C. elegans. Nature 2002, 419(6909):808-814.
• Walker DW, McColl G, Jenkins NL, Harris J, Lithgow GJ: Evolution of lifespan in C. elegans. Nature 2000, 405(6784):296-297.
• Koch LG, Britton SL, Wisloff U: A rat model system to study complex disease risks, fitness, aging, and longevity. Trends Cardiovasc Med 2012, 22(2):29-34.
• Edrey YH, Hanes M, Pinto M, Mele J, Buffenstein R: Successful aging and sustained good health in the naked mole rat: a long-lived mammalian model for biogerontology and biomedical research. ILAR J 2011, 52(1):41-53.
• https://www.sciencemag.org/news/2018/01/naked-mole-rats-defy-biological-law-aging