شیمی دررؤیای توقف پیری

در اتاق پشتی دفتر مجله Newscientist نزد بیوشیمیدان روسی, میخائیل شپینوف نشسته ام

در اتاق پشتی دفتر مجله Newscientist نزد بیوشیمیدان روسی، میخائیل شپینوف نشسته ام .جلوی ما دو تا قاشق چای خوری و یک بطری شیشه ای قهوه ای رنگ است . شپینوف در بطری را باز می کند و یک قاشق چای خوری از مایع شفاف داخل آن را می نوشد .لبخندی بر لبانش شکل می گیرد . حالا نوبت من است یک قاشق از مایع را در دهانم می گذارم و قورت می دهم کمی شیرین است . تعجب آور است توقع داشتم که آن دقیقاً مزه آب را داشته باشد . در واقع این مایع آب سنگین یا دقیق تر بگویم D۲o است .حرف D نماد دو تریم ،ایزوتوپ سنگین تر هیدروژن با عدد جرمی ۲ است . عدد جرمی هیدروژن یک است . در واقع ،واژه سنگین ( آب سنگین ) به خاطر سنگین تر بودن دوتریم نسبت به هیدروژن است . یک مکعب یخی ساخته شده از آب سنگین اگر در آب معمولی قرار داده شود به زیر آب می رود .با خوردن این جرعه آب سنگین یک سفر طولانی شروع می شود سفر به هجده ماه قبل هنگامی که شپینوف برای اولین بار ادعا کرد اکسیر جوانی را یافته است . اکسیری که با خوردن آن عمری طولانی تر خواهید داشت . ممکن است فکر کنید که شپینوف درست مثل فروشنده روغن مار شده است . راستش من هم همینطور فکر می کنم و هر چه بیشتر به این موضوع فکر می کنم این مسئله بیشتر افکارم را به خودش مشغول می کند . داستان از دو سال پیش شروع شد زمانی که شپیینوف در یک شرکت بیوتکنولوژی در آکسفورد انگلستان کار می کرد و وقت باقیمانده خود را صرف مطالعه روی فرایند پیری می کرد . ومهم ترین ایده پذیرفته شده در این زمینه نظریه رادیکالهای آزاد است . این نظریه بیان می کند که پیری و شکستگی ها نتیجه تخریب برگشت ناپذیر ملکولهای زیستی است که بدن ما را می سازند . مهم ترین ماده این تخریب بیوشیمیایی رادیکالهای آزاد اکسیژن هستند ترکیبات شیمیایی مهاجمی که محصول جانبی غیر قابل جلوگیری سوخت و ساز هستند . دلیل اینکه رادیکالهای آزاد این قدر خطرناک هستند آن است که آنها اشتهای سیری ناپذیری برای الکترونها دارند آنها هر چیزی که در دسترسشان قرار گیرد از آب و پروتئین گرفته تا چربی و DNA را مورد حمله قرار می دهند و پشت سر خود فقط تخریب و ویرانی را به جا می گذارند . این آسیب ها به تدریج در سراسر عمر ما افزایش یافته و فرایند های پایه بیوشیمیایی بدن را تخریب می کنند .

یکی از بدترین نوع تخریب ها فرآیندی است که کربونیلاسیون پروتئین نامیده می شود . در این فرآیند رادیکال اکسیژن به پیوند کربن - هیدروژن در یک پروتئین حمله می کند . این رویداد با بروز بدترین بیماریهای دوران پیری یعنی آلزایمر پارکینسون ،سرطان نارسایی مزمن کلیه و دیابت مرتبط است . اهداف مهم دیگر رادیکالهای اکسیژن را DNA و اسیدهای چرب موجود در غشای سلولی تشکیل می دهند . بدن انسان سپاهی از آنتی اکسیدانها شامل ویتامین ها و آنزیم ها را تولید می کند تا قبل از آنکه این رادیکال ها بتواند هر گونه آسیبی را ایجاد کنند آنها را از بین ببرد . اما در طی زندگی این سیستمهای دفاعی خود نیز قربانی این حملات اکسید کننده می شوند و این خود منجر به کاهش اجتناب ناپذیر قدرت دفاعی بدن در مقابل آنها می شود . بسیاری از داروهای ضد پیری ترکیبات آنتی اکسیدانی مثل ویتامین C و بتاکاروتن هستند که به کمک سیستم های دفاعی بدن ما می آیند ولی مدارک کمی در مورد موثر بودن آنها وجود دارد . شپینوف راه دیگری را برای از بین بردن رادیکال های آزاد معرفی کرده است . در حالی که او وقت آزاد خود را صرف تحقیقات در زمینه پیری می کرد کار روزانه او در شرکت در زمینه اثر ایزوتوپی بود . مفهوم پایه اثر ایزوتوپی آن است که حضور ایزوتوپ های سنگین در یک ملکول می تواند واکنشهای شیمیایی آن را کند کند . علت این رویداد آن است که ایزوتوپ های سنگین پیوند های کووالانسی قوی تری نسبت به ایزوتوپ سبک تر خود تشکیل می دهند . برای مثال پیوند کربن -دو تریم قویتر از پیوند کربن - هیدروژن است . در حالی که اثر ایزوتوپی با همه ایزوتوپ های سنگین دیده می شود ( مثل کربن ۱۳ نیتروژن ۱۵ و اکسیژن ۱۸ ) اما این اثر در مورد دوتریم خیلی شاخص تر است . زیرا نسبت جرم دوتریم به هیدروژن خیلی بزرگ است . پیوندهای حاوی دوتریم تا ۸۰ مرتبه قویتر از همان پیوند ها با هیدروژن هستند . اثر ایزوتوپی در دهه ۱۹۳۰ شناسایی و مکانیسم آن در دهه ۱۹۴۰ تشریح شد . استفاده از این اثر به عنوان ابزار تحقیقاتی در کشف مکانیسم های واکنش های پیچیده در شیمی سابقه ای طولانی دارد . اما شپینوف اولین کسی است که این اثر را با پیری مرتبط دانسته است . او می گوید پیری نتیجه عملکرد رادیکال های آزاد و حمله آنها به پیوندهای کووالانسی ملکول هاست حال اگر این پیوند ها را با اثر ایزوتوپی محکم تر کنیم روشی مناسب برای مقاومتر کردن این ملکول های زیستی آسیب پذیر در برابر حملات اکسید اتیو این رادیکال های آزاد یافته ایم .کافی است دوتریم و کربن ۱۳ به طور صحیح در پیوندهایی که به حملات اکسیداتیو بیشترین حساسیت را دارند جایگزین شوند شیمی آن ها سایر مراحل را انجام خواهد داد . در اوایل سال ۲۰۰۷ شپینوف عقاید خود را برای نشریه Rejuvenation Research فرستاد . سر دبیر نشریه (اوبری دوگری ) از این عقاید استقبال کرد و مقاله شپینوف مورد تایید قرار گرفت و در این نشریه چاپ شد . در این مقاله شپینوف می نویسد که شواهد علمی زیادی در حال حاضر برای تایید نظریه وی وجود دارد . آزمایشات زیادی نشان داده اند که با استفاده از اثر ایزوتوپی می توان پروتئین ها اسید های چرب و DNA را در برابر آسیب های اکسیداتیو مقاومتر کرد . مقاله شپینوف مورد توجه گسترده ای قرار گرفت . از جمله دو متخصص بیوتکنولوژی چارلز کانتور و روبرت مولیناری از وی دعوت به همکاری کردند و به طور مشترک شرکت Retrotope را تاسیس کردند . دوگری نیز به عنوان مشاور علمی به آنها اضافه شد . در این دوران من با شپینوف آشنا شدم . تا این زمان من در مورد اثر ایزوتوپی چیزی نشنیده بودم و دوگری این مسئله را برای من تشریح کرد . باید اعتراف کنم که این ایده کنجکاوی مرا برانگیخت و موجب شد این قضیه را دنبال کنم . ایزوتوپ ها را بشناسید ! ۴ عنصر اصلی حیات -کربن هیدروژن اکسیژن و نیتروژن -دارای ایزوتوپ های سنگینی با تعداد بیشتر نوترون هستند . این ایزوتوپ ها از نظر شیمیایی با انواع سبک تر خود یکسان هستند . به جز اینکه آنها پیوندهای کووالانسی قویتر تشکیل می دهند این واقعیت ممکن است به عنوان استراتژی ضد پیری به کار گرفته شود . چند نکته مهم نیز در این مورد مطرح است . اول آنکه چگونه می توان یک ایزوتوپ را دقیقاً در جایی که می خواهیم (مثلاً در نقاط حساس به اکسیداسیون پروتئین ها ) قرار دهیم . دوم آنکه بدن انسان حاوی میلیاردها میلیارد پیوند شیمیایی است که فقط تعداد نسبتاًکمی از آنها به آسیب اکسیداتیو حساس هستند . مساله بعدی هم مساله ایمنی است . خوردن لقمه های حاوی ایزوتوپ های سنگین ممکن است برای افراد جالب نباشد . البته من که یک قاشق چایخوری آب سنگین را با شپینوف خوردم . مساله مهم دیگری هم هست . برخی ایزوتوپ های سنگین رادیواکتیو هستند مثل هیدروژن - ۳ (تریتیم ) و کربن - ۱۴ که استفاده از آنها به علت عدم ایمنی آنها امکان پذیر نیست . البته دوتریم و کربن -۱۳ ایزوتوپهای پایدار هیدروژن و کربن هستند که به مقادیر بسیار کم در طبیعت وجود دارند و به طور طبیعی در برخی ملکول های زیستی بدن ما نیز وجود دارند .(قسمت بچه های سنگین را ببینید ).

به نظر می رسد دوتریم و کربن -۱۳ اثرات سمی بر بدن ندارند . بچه موشهایی که با غذاهای غنی شده با کربن - ۱۳ تغذیه می شوند کاملاً سالم و طبیعی هستند حتی تا زمانی که تقریباً ۶۰ درصد اتم های کربن بدن آنها با کربن -۱۳ جا به جا شد . دوتریم نیز باید همین وضعیت را داشته باشد . چندین دهه آزمایشات روی حیوانات نشان داده اند تغذیه حیوانات با آب سنگین تا زمانی که حدود یک پنجم آب بدن آنها با آب سنگین جایگزین شود هیچ اثری از عوارض و بیماری را در موش ها نشان نداده است . آزمایشات مشابهی نیز بر روی انسان انجام شده است البته به مقادیر کمتر دوتریم . در یک آزمایشی که اخیراً صورت گرفته افراد داوطلب به مدت ۱۰ هفته از آبی استفاده کردند که مقداری از آن حاوی آب سنگین بود . بعد از این مدت حدود ۲/۵ درصد آب بدن افراد با آب سنگین جایگزین شده بود و هیچ گونه عوارض جانبی نیز در افراد دیده نشد . همچنین محققان دریافتند که برخی ازاتم های دوتریم در ساختمان پروتئین ها نیز وارد شده اند . اما باید توجه داشت که آب سنگین کاملاً هم ایمن نیست . در پستانداران هنگامی که ۲۰ درصد آب بدن با آب سنگین جا به جا شود عوارض سمی آغاز می شود و در صورت رسیدن آن به مقدار ۳۵ درصد کشنده خواهد بود .

این مساله به طور عمده به خاطر اثر ایزوتوپی است . پروتئین ها در بدن ما این پتانسیل را دارند که دوتریم را از آب سنگین برداشت کنند و سرانجام بیوشیمی بدن تغییرخواهد کرد و البته برای اینکه این عوارض سمی رخ دهد شما باید آب سنگین زیادی مصرف کنید و مطمئناً من با خوردن ۵ میلی لیتر آب سنگین این عوارض را تجربه نخواهم کرد . با این حال شرکت Retrotope آب سنگین را به عنوان اکسیر جوانی معرفی نکرده است .به جای آن شرکت ایزوتوپ های سنگین را در بسته بندی هایی که شپینوف آنها را ( ifood ) نامیده است عرضه می کند . این روش مزایای زیادی دارد یکی اینکه این روش این امکان را می دهد که ایزوتوپ های سنگین دقیقاً در جایی قرار گیرند که بیشترین حساسیت را به آسیب اکسیداتیو دارند . از ۲۰ اسید آمینه ای که در بدن انسان موجود است ده اسید آمینه در بدن انسان ساخته نمی شود و باید از مواد غذایی تامین شود . این به این معنا است که اگر شما از غذایی استفاده کنید که حاوی اسید آمینه هایی باشد که پیوندهای شیمیایی آنها در برابر آسیب های اکسیداتیو مقاومتر شده باشند بالطبع پروتئین های بدن شما نیز این اسید آمینه ها را در ساختمان خود وارد کرده و در برابر این آسیب ها مقاومتر خواهند شد . فرآیند مشابهی را می توان برای DNA و چربی ها برنامه ریزی کرد . درواقع ifood این کار را انجام داده است .

● بچه های سنگین !

ایده استفاده از ایزوتوپ های شیمیایی برای مبارزه با پیری ممکن است جدید به نظر آید اما ممکن است طبیعت قبلاً این روش را برای محافظت ما در برابر حمله رادیکالهای آزاد بکار برده باشد . همانطور که گفته شد این مواد عامل کلیدی در فرآیند پیری هستند . موشها و انسانها در هنگام تولد مقادیر بیشتری از ایزوتوپ کربن - ۱۳ را نسبت به مادران خود در بدن دارند . به نظر می رسد در زمانی که تولد بچه نزدیک می شود بدن مادر از کربن - ۱۳ تخلیه می شود . برخی یافته ها پیشنهاد می کنند که انتقال فعال کربن - ۱۳ از بدن مادر به جنین اتفاق می افتد .یک دلیل ممکن برای این اتفاق را شپینوف اینگونه توضیح می دهد :جنین در حال رشد به طور انتخابی کربن - ۱۳ را در ساختمان DNA پروتئین ها و ملکول های زیستی دیگر به کار می برد تا مقاومت این ملکول ها رادر برابر حملات اکسیداتیو رادیکالهای آزاد افزایش دهد .شپینوف می گوید : (این می تواند یک فرآیند تکاملی باشد بسیاری از ملکول های DNA و پروتئین که در اوایل عمر انسان ساخته می شوند به همین دلیل باید عمر طولانی داشته باشند . تمام اتم های موجود در DNA مغز یک فرد ۱۰۰ ساله باید همان اتم هایی باشند که در سن ۱۵ سالگی وی در مغز او وجود داشته اند .

● تخم مرغ های غنی شده :

آنچه مهم است آن است که این روش باید کاملاً ایمن و سالم باشد شپینوف می گوید : پیوند کربن - دوتریم غیر قابل تغییر است و بنا براین با آب بدن این پیوندها دستخوش تغییر نمی شوند .

یک روش ممکن برای رساندن این ایزوتوپ ها به بدن تولید گوشت، تخم مرغ یا شیر غنی شده با دوتریم یا کربن -۱۳ است ،این فرآورده ها را می توان با تغذیه دام ها با آب سنگین یا اسید آمینه های غنی شده با ایزوتوپ های سنگین به دست آورد . در حال حاضر هیچ شرکت یا فردی محصولات سالم حاوی این ایزوتوپ ها را تولید نمی کند و این بزرگ ترین مشکل ifood است . برای رفع این مشکل Retrotope با مؤسسه Bioorganic chemistvy در روسیه و دانشگاه Minsk در بلاروس قرار دادی را امضاء کرد که آنها اسید های چرب و اسید های آمینه حاوی ایزوتوپ سنگین را تولید کنند . کانتور می گوید :«شیمیدانان مطرح زیادی در روسیه در زمینه ایزوتوپ ها فعالیت می کنند .»

مشکل بزرگ Retrope که باید حل شود مسأله قیمت بالا است . در حال حاضر قیمت یک لیتر آب سنگین حدود ۳۰۰ دلار است . شپینوف می گوید :«ایزوتوپ ها گران هستند .نیاز ضروری به ایزوتوپ ها نیست . روش هایی برای استخراج آنها وجود دارد ولی کسی مشتری آنها نیست . تا زمانی که تقاضا افزایش نیافته، مشوقی برای تولید آنها در مقادیر بالا نیست لذا قیمت ها بالا خواهند ماند . »

این مشکلات مانع ادامه تحقیقات مشترک Retrope و آزمایش ایده های بزرگ شپینوف نشد .اخیراً در مؤسسه زیست شناسی پیری در مسکو ،یک گروه تحقیقاتی مقادیری مختلفی از آب سنگین را برای تغذیه مگس های میوه استفاده کردند تا ببینند آیا اثری روی افزایش طول عمر آنها دارد . مقادیر زیاد کشنده بود اما مقادیر کمتر تا ۳۰ درصد به طول آنها اضافه کرد ! این یک شروع امیدوارکننده بود اما خیلی زود است که بتوان گفت با این روش می توان طول عمر انسان ها را نیز افزایش داد . همچنین هنوز مشخص نشده که چه مقدار غذای غنی شده با دوتریم نیاز است تا اثرات مفید آنها ظاهر شود .شپینوف می گوید :«این آزمایشات در مراحل مقدماتی است و باید در شرایط مختلف نتایج مجدد آزمایش شود . ممکن است که مگس های میوه از این رژیم غذایی خوششان نمی آمده و آنچه دیده ایم اثرات محدود شدن کالری مصرفی آنها بوده است . (تنها استراتژی اثبات شده برای افزایش طول عمر در حیوانات آزمایشگاهی کاهش کالری مصرفی است .)به عقیده شپینوف هنوز آزمایشات زیادی باید انجام شود . شرکت اخیراً از دانشمندان بزرگی چون (جان ویگ ) از دانشکده پزشکی آلبرت انیشتین در نیویورک و (کینتاکنیون ) از دانشگاه کالیفرنیا، که در زمینه پیری کار می کنند دعوت به همکاری کرده است . کنیون اخیراً مرحله دوم آزمایشات شرکت را آغاز کرده است . در این مرحله قرار است اثرات مواد غذایی غنی از دوتریم در رژیم غذایی نماتودها (نوعی کرم ) بررسی شود .

جان ویگ می گوید :«ایده شپینوف خیلی جالب است و موقعیت مهمی را برای کند کردن روند پیری فراهم می کند . اما باید توجه داشت که ایده های شپینوف وابسته به این نظریه است که اساس پیری وجود رادیکال های آزاد است . البته در حال حاضر نظریه پذیرفته شده در این زمینه همین نظریه است اما بسیاری متخصصان عقیده دارند که رادیکال های آزاد عامل تمام تغییرات زیستی که منجر به پیری در انسان می شوند نیستند .»

این موارد موجب شده است که برخی محققان با دید شک به نظریه شپینوف بنگرند .« تام کریکوود » از دانشگاه نیوکاسل انگلستان می گوید : « «عقاید شپینوف نظرات را به خود جلب کرده است، اما ما در جستجوی کشف عوامل مهم دیگر موثر در فرایند پیری هستیم ».بنابراین با ارائه فرضیاتی که به وسیله نتایج آزمایشگاهی نیز حمایت می شوند ،اساس این نظریه با مشکل روبرو خواهد شد . لذا به عقیده من مکانیسم پیشنهادی شپینوف تنها بخش کوچکی از یک تصویر بزرگ است .»

اما محققان دیگر، نظر مثبت بیشتری دارند . «جاویش کامپیسی » از مؤسسه تحقیقات پیری Bnck کالیفرنیا می گوید : «من ایده های قشنگی در مورد اینکه چگونه می توان طول عمر بیشتری داشت شنیده ام که برخی برخی احمقانه به نظر می رسیدند اما این نظریه کنجکاوی را برانگیخته است . این نظریه بکر و جدید است .»

در حالی که Retrope تلاش هایش را در زمینه پیری متمرکز کرده است شپینوف می گوید :اثر ایزوتوپی کاربردهای دیگری هم دارد که باید مورد مطالعه قرار گیرند، برای مثال محافظت طولانی مدت فضانوردان از اثرات زیانبار اشعه کیهانی و دیگر پرتو های یونیزه کننده که آسیب هایی مشابه پیری در آنها ایجاد می کنند .حملات اکسیداتیو به پیوند کربن هیدروژن مشکل بزرگی در خیلی زمینه ها به حساب می آید از کشف داروها گرفته تا سرطان مواد آرایشی و الکترونیک .اگر تحقیقات در زمینه پیری جواب ندهد آنگاه Retrope به تحقیقات در سایر زمینه ها خواهد پرداخت . کانتور می گوید :«ما نیاز داریم که کارهای خود را طبقه بندی کنیم . مشخص کنیم چه کارهایی باید صورت گیرد و چه کارهایی نباید انجام شود و چه کارهایی به اندازه کافی برای بهره برداری تجاری خوب است .البته دامنه این تحقیقات به جاهای دیگر هم کشیده خواهد شد حتی به علوم پایه .»

البته کشیده شدن این نظریه به علوم پایه به این معنی نیست که شپینوف واقعاً مساله ای را که هزاران سال بشر را مشغول خود کرده حل کرده است . به طور واقع بینانه احتمال خیلی زیادی وجود دارد که عقاید او منجر به کاربردهای معمولی مثل متوقف کردن تغییر رنگ پلاستیک ها در اثر نور آفتاب شود . اما تا زمانی که نادرستی نظریات شپینوف ثابت نشده است من می توانم امیدوار باشم که با دانشمندی جرعه ای آب سنگین نوشیده ام که وقتی من فراموش می شوم او در یادها خواهد ماند .

بر گرفته از : Newscientist ،۲۸ Novamber ۲۰۰۸ pp۳۶ - ۳۹ .

ترجمه :دکتر مرتضی شفقی خالکی

منبع:اطلاعات علمی شماره ۳۵۷