شيمي دررؤياي توقف پيري !

در اتاق پشتي دفتر مجله Newscientist نزد بيوشيميدان روسي، ميخائيل شپينوف نشسته ام .جلوي ما دو تا قاشق چاي خوري و يک بطري شيشه اي قهوه اي رنگ است . شپينوف در بطري را باز مي کند و يک قاشق چاي خوري از مايع شفاف داخل آن را مي نوشد .لبخندي بر لبانش شکل مي گيرد . حالا نوبت من است يک قاشق از مايع را در دهانم مي گذارم و قورت مي دهم کمي شيرين است . تعجب آور است توقع داشتم که آن دقيقاً مزه آب را داشته باشد . در واقع اين مايع آب سنگين يا دقيق تر بگويم D2o است .حرف D نماد دو تريم ،ايزوتوپ سنگين تر هيدروژن با عدد جرمي 2 است . عدد جرمي هيدروژن يک است . در واقع ،واژه سنگين ( آب سنگين ) به خاطر سنگين تر بودن دوتريم نسبت به هيدروژن است . يک مکعب يخي ساخته شده از آب سنگين اگر در آب معمولي قرار داده شود به زير آب مي رود .با خوردن اين جرعه آب سنگين يک سفر طولاني شروع مي شود سفر به هجده ماه قبل هنگامي که شپينوف براي اولين بار ادعا کرد اکسير جواني را يافته است . اکسيري که با خوردن آن عمري طولاني تر خواهيد داشت . ممکن است فکر کنيد که شپينوف درست مثل فروشنده روغن مار شده است . راستش من هم همينطور فکر مي کنم و هر چه بيشتر به اين موضوع فکر مي کنم اين مسئله بيشتر افکارم را به خودش مشغول مي کند . داستان از دو سال پيش شروع شد زماني که شپيينوف در يک شرکت بيوتکنولوژي در آکسفورد انگلستان کار مي کرد و وقت باقيمانده خود را صرف مطالعه روي فرايند پيري مي کرد . ومهم ترين ايده پذيرفته شده در اين زمينه نظريه راديکالهاي آزاد است . اين نظريه بيان مي کند که پيري و شکستگي ها نتيجه تخريب برگشت ناپذير ملکولهاي زيستي است که بدن ما را مي سازند . مهم ترين ماده اين تخريب بيوشيميايي راديکالهاي آزاد اکسيژن هستند ترکيبات شيميايي مهاجمي که محصول جانبي غير قابل جلوگيري سوخت و ساز هستند . دليل اينکه راديکالهاي آزاد اين قدر خطرناک هستند آن است که آنها اشتهاي سيري ناپذيري براي الکترونها دارند آنها هر چيزي که در دسترسشان قرار گيرد از آب و پروتئين گرفته تا چربي و DNA را مورد حمله قرار مي دهند و پشت سر خود فقط تخريب و ويراني را به جا مي گذارند . اين آسيب ها به تدريج در سراسر عمر ما افزايش يافته و فرايند هاي پايه بيوشيميايي بدن را تخريب مي کنند .
يکي از بدترين نوع تخريب ها فرآيندي است که کربونيلاسيون پروتئين ناميده مي شود . در اين فرآيند راديکال اکسيژن به پيوند کربن - هيدروژن در يک پروتئين حمله مي کند . اين رويداد با بروز بدترين بيماريهاي دوران پيري يعني آلزايمر پارکينسون ،سرطان نارسايي مزمن کليه و ديابت مرتبط است . اهداف مهم ديگر راديکالهاي اکسيژن را DNA و اسيدهاي چرب موجود در غشاي سلولي تشکيل مي دهند . بدن انسان سپاهي از آنتي اکسيدانها شامل ويتامين ها و آنزيم ها را توليد مي کند تا قبل از آنکه اين راديکال ها بتواند هر گونه آسيبي را ايجاد کنند آنها را از بين ببرد . اما در طي زندگي اين سيستمهاي دفاعي خود نيز قرباني اين حملات اکسيد کننده مي شوند و اين خود منجر به کاهش اجتناب ناپذير قدرت دفاعي بدن در مقابل آنها مي شود . بسياري از داروهاي ضد پيري ترکيبات آنتي اکسيداني مثل ويتامين C و بتاکاروتن هستند که به کمک سيستم هاي دفاعي بدن ما مي آيند ولي مدارک کمي در مورد موثر بودن آنها وجود دارد . شپينوف راه ديگري را براي از بين بردن راديکال هاي آزاد معرفي کرده است . در حالي که او وقت آزاد خود را صرف تحقيقات در زمينه پيري مي کرد کار روزانه او در شرکت در زمينه اثر ايزوتوپي بود . مفهوم پايه اثر ايزوتوپي آن است که حضور ايزوتوپ هاي سنگين در يک ملکول مي تواند واکنشهاي شيميايي آن را کند کند . علت اين رويداد آن است که ايزوتوپ هاي سنگين پيوند هاي کووالانسي قوي تري نسبت به ايزوتوپ سبک تر خود تشکيل مي دهند . براي مثال پيوند کربن -دو تريم قويتر از پيوند کربن - هيدروژن است . در حالي که اثر ايزوتوپي با همه ايزوتوپ هاي سنگين ديده مي شود ( مثل کربن 13 نيتروژن 15 و اکسيژن 18 ) اما اين اثر در مورد دوتريم خيلي شاخص تر است . زيرا نسبت جرم دوتريم به هيدروژن خيلي بزرگ است . پيوندهاي حاوي دوتريم تا 80 مرتبه قويتر از همان پيوند ها با هيدروژن هستند . اثر ايزوتوپي در دهه 1930 شناسايي و مکانيسم آن در دهه 1940 تشريح شد . استفاده از اين اثر به عنوان ابزار تحقيقاتي در کشف مکانيسم هاي واکنش هاي پيچيده در شيمي سابقه اي طولاني دارد . اما شپينوف اولين کسي است که اين اثر را با پيري مرتبط دانسته است . او مي گويد پيري نتيجه عملکرد راديکال هاي آزاد و حمله آنها به پيوندهاي کووالانسي ملکول هاست حال اگر اين پيوند ها را با اثر ايزوتوپي محکم تر کنيم روشي مناسب براي مقاومتر کردن اين ملکول هاي زيستي آسيب پذير در برابر حملات اکسيد اتيو اين راديکال هاي آزاد يافته ايم .کافي است دوتريم و کربن 13 به طور صحيح در پيوندهايي که به حملات اکسيداتيو بيشترين حساسيت را دارند جايگزين شوند شيمي آن ها ساير مراحل را انجام خواهد داد . در اوايل سال 2007 شپينوف عقايد خود را براي نشريه Rejuvenation Research فرستاد . سر دبير نشريه (اوبري دوگري ) از اين عقايد استقبال کرد و مقاله شپينوف مورد تاييد قرار گرفت و در اين نشريه چاپ شد . در اين مقاله شپينوف مي نويسد که شواهد علمي زيادي در حال حاضر براي تاييد نظريه وي وجود دارد . آزمايشات زيادي نشان داده اند که با استفاده از اثر ايزوتوپي مي توان پروتئين ها اسيد هاي چرب و DNA را در برابر آسيب هاي اکسيداتيو مقاومتر کرد . مقاله شپينوف مورد توجه گسترده اي قرار گرفت . از جمله دو متخصص بيوتکنولوژي چارلز کانتور و روبرت موليناري از وي دعوت به همکاري کردند و به طور مشترک شرکت Retrotope را تاسيس کردند . دوگري نيز به عنوان مشاور علمي به آنها اضافه شد . در اين دوران من با شپينوف آشنا شدم . تا اين زمان من در مورد اثر ايزوتوپي چيزي نشنيده بودم و دوگري اين مسئله را براي من تشريح کرد . بايد اعتراف کنم که اين ايده کنجکاوي مرا برانگيخت و موجب شد اين قضيه را دنبال کنم . ايزوتوپ ها را بشناسيد ! 4 عنصر اصلي حيات -کربن هيدروژن اکسيژن و نيتروژن -داراي ايزوتوپ هاي سنگيني با تعداد بيشتر نوترون هستند . اين ايزوتوپ ها از نظر شيميايي با انواع سبک تر خود يکسان هستند . به جز اينکه آنها پيوندهاي کووالانسي قويتر تشکيل مي دهند اين واقعيت ممکن است به عنوان استراتژي ضد پيري به کار گرفته شود . چند نکته مهم نيز در اين مورد مطرح است . اول آنکه چگونه مي توان يک ايزوتوپ را دقيقاً در جايي که مي خواهيم (مثلاً در نقاط حساس به اکسيداسيون پروتئين ها ) قرار دهيم . دوم آنکه بدن انسان حاوي ميلياردها ميليارد پيوند شيميايي است که فقط تعداد نسبتاًکمي از آنها به آسيب اکسيداتيو حساس هستند . مساله بعدي هم مساله ايمني است . خوردن لقمه هاي حاوي ايزوتوپ هاي سنگين ممکن است براي افراد جالب نباشد . البته من که يک قاشق چايخوري آب سنگين را با شپينوف خوردم . مساله مهم ديگري هم هست . برخي ايزوتوپ هاي سنگين راديواکتيو هستند مثل هيدروژن - 3 (تريتيم ) و کربن - 14 که استفاده از آنها به علت عدم ايمني آنها امکان پذير نيست . البته دوتريم و کربن -13 ايزوتوپهاي پايدار هيدروژن و کربن هستند که به مقادير بسيار کم در طبيعت وجود دارند و به طور طبيعي در برخي ملکول هاي زيستي بدن ما نيز وجود دارند .(قسمت بچه هاي سنگين را ببينيد ).
به نظر مي رسد دوتريم و کربن -13 اثرات سمي بر بدن ندارند . بچه موشهايي که با غذاهاي غني شده با کربن - 13 تغذيه مي شوند کاملاً سالم و طبيعي هستند حتي تا زماني که تقريباً 60 درصد اتم هاي کربن بدن آنها با کربن -13 جا به جا شد . دوتريم نيز بايد همين وضعيت را داشته باشد . چندين دهه آزمايشات روي حيوانات نشان داده اند تغذيه حيوانات با آب سنگين تا زماني که حدود يک پنجم آب بدن آنها با آب سنگين جايگزين شود هيچ اثري از عوارض و بيماري را در موش ها نشان نداده است . آزمايشات مشابهي نيز بر روي انسان انجام شده است البته به مقادير کمتر دوتريم . در يک آزمايشي که اخيراً صورت گرفته افراد داوطلب به مدت 10 هفته از آبي استفاده کردند که مقداري از آن حاوي آب سنگين بود . بعد از اين مدت حدود 2/5 درصد آب بدن افراد با آب سنگين جايگزين شده بود و هيچ گونه عوارض جانبي نيز در افراد ديده نشد . همچنين محققان دريافتند که برخي ازاتم هاي دوتريم در ساختمان پروتئين ها نيز وارد شده اند . اما بايد توجه داشت که آب سنگين کاملاً هم ايمن نيست . در پستانداران هنگامي که 20 درصد آب بدن با آب سنگين جا به جا شود عوارض سمي آغاز مي شود و در صورت رسيدن آن به مقدار 35 درصد کشنده خواهد بود .
اين مساله به طور عمده به خاطر اثر ايزوتوپي است . پروتئين ها در بدن ما اين پتانسيل را دارند که دوتريم را از آب سنگين برداشت کنند و سرانجام بيوشيمي بدن تغييرخواهد کرد و البته براي اينکه اين عوارض سمي رخ دهد شما بايد آب سنگين زيادي مصرف کنيد و مطمئناً من با خوردن 5 ميلي ليتر آب سنگين اين عوارض را تجربه نخواهم کرد . با اين حال شرکت Retrotope آب سنگين را به عنوان اکسير جواني معرفي نکرده است .به جاي آن شرکت ايزوتوپ هاي سنگين را در بسته بندي هايي که شپينوف آنها را ( ifood ) ناميده است عرضه مي کند . اين روش مزاياي زيادي دارد يکي اينکه اين روش اين امکان را مي دهد که ايزوتوپ هاي سنگين دقيقاً در جايي قرار گيرند که بيشترين حساسيت را به آسيب اکسيداتيو دارند . از 20 اسيد آمينه اي که در بدن انسان موجود است ده اسيد آمينه در بدن انسان ساخته نمي شود و بايد از مواد غذايي تامين شود . اين به اين معنا است که اگر شما از غذايي استفاده کنيد که حاوي اسيد آمينه هايي باشد که پيوندهاي شيميايي آنها در برابر آسيب هاي اکسيداتيو مقاومتر شده باشند بالطبع پروتئين هاي بدن شما نيز اين اسيد آمينه ها را در ساختمان خود وارد کرده و در برابر اين آسيب ها مقاومتر خواهند شد . فرآيند مشابهي را مي توان براي DNA و چربي ها برنامه ريزي کرد . درواقع ifood اين کار را انجام داده است .

بچه هاي سنگين !

ايده استفاده از ايزوتوپ هاي شيميايي براي مبارزه با پيري ممکن است جديد به نظر آيد اما ممکن است طبيعت قبلاً اين روش را براي محافظت ما در برابر حمله راديکالهاي آزاد بکار برده باشد . همانطور که گفته شد اين مواد عامل کليدي در فرآيند پيري هستند . موشها و انسانها در هنگام تولد مقادير بيشتري از ايزوتوپ کربن - 13 را نسبت به مادران خود در بدن دارند . به نظر مي رسد در زماني که تولد بچه نزديک مي شود بدن مادر از کربن - 13 تخليه مي شود . برخي يافته ها پيشنهاد مي کنند که انتقال فعال کربن - 13 از بدن مادر به جنين اتفاق مي افتد .يک دليل ممکن براي اين اتفاق را شپينوف اينگونه توضيح مي دهد :جنين در حال رشد به طور انتخابي کربن - 13 را در ساختمان DNA پروتئين ها و ملکول هاي زيستي ديگر به کار مي برد تا مقاومت اين ملکول ها رادر برابر حملات اکسيداتيو راديکالهاي آزاد افزايش دهد .شپينوف مي گويد : (اين مي تواند يک فرآيند تکاملي باشد بسياري از ملکول هاي DNA و پروتئين که در اوايل عمر انسان ساخته مي شوند به همين دليل بايد عمر طولاني داشته باشند . تمام اتم هاي موجود در DNA مغز يک فرد 100 ساله بايد همان اتم هايي باشند که در سن 15 سالگي وي در مغز او وجود داشته اند .

تخم مرغ هاي غني شده :

آنچه مهم است آن است که اين روش بايد کاملاً ايمن و سالم باشد شپينوف مي گويد : پيوند کربن - دوتريم غير قابل تغيير است و بنا براين با آب بدن اين پيوندها دستخوش تغيير نمي شوند .
يک روش ممکن براي رساندن اين ايزوتوپ ها به بدن توليد گوشت، تخم مرغ يا شير غني شده با دوتريم يا کربن -13 است ،اين فرآورده ها را مي توان با تغذيه دام ها با آب سنگين يا اسيد آمينه هاي غني شده با ايزوتوپ هاي سنگين به دست آورد . در حال حاضر هيچ شرکت يا فردي محصولات سالم حاوي اين ايزوتوپ ها را توليد نمي کند و اين بزرگ ترين مشکل ifood است . براي رفع اين مشکل Retrotope با مؤسسه Bioorganic chemistvy در روسيه و دانشگاه Minsk در بلاروس قرار دادي را امضاء کرد که آنها اسيد هاي چرب و اسيد هاي آمينه حاوي ايزوتوپ سنگين را توليد کنند . کانتور مي گويد :«شيميدانان مطرح زيادي در روسيه در زمينه ايزوتوپ ها فعاليت مي کنند .»
مشکل بزرگ Retrope که بايد حل شود مسأله قيمت بالا است . در حال حاضر قيمت يک ليتر آب سنگين حدود 300 دلار است . شپينوف مي گويد :«ايزوتوپ ها گران هستند .نياز ضروري به ايزوتوپ ها نيست . روش هايي براي استخراج آنها وجود دارد ولي کسي مشتري آنها نيست . تا زماني که تقاضا افزايش نيافته، مشوقي براي توليد آنها در مقادير بالا نيست لذا قيمت ها بالا خواهند ماند . »
اين مشکلات مانع ادامه تحقيقات مشترک Retrope و آزمايش ايده هاي بزرگ شپينوف نشد .اخيراً در مؤسسه زيست شناسي پيري در مسکو ،يک گروه تحقيقاتي مقاديري مختلفي از آب سنگين را براي تغذيه مگس هاي ميوه استفاده کردند تا ببينند آيا اثري روي افزايش طول عمر آنها دارد . مقادير زياد کشنده بود اما مقادير کمتر تا 30 درصد به طول آنها اضافه کرد ! اين يک شروع اميدوارکننده بود اما خيلي زود است که بتوان گفت با اين روش مي توان طول عمر انسان ها را نيز افزايش داد . همچنين هنوز مشخص نشده که چه مقدار غذاي غني شده با دوتريم نياز است تا اثرات مفيد آنها ظاهر شود .شپينوف مي گويد :«اين آزمايشات در مراحل مقدماتي است و بايد در شرايط مختلف نتايج مجدد آزمايش شود . ممکن است که مگس هاي ميوه از اين رژيم غذايي خوششان نمي آمده و آنچه ديده ايم اثرات محدود شدن کالري مصرفي آنها بوده است . (تنها استراتژي اثبات شده براي افزايش طول عمر در حيوانات آزمايشگاهي کاهش کالري مصرفي است .)به عقيده شپينوف هنوز آزمايشات زيادي بايد انجام شود . شرکت اخيراً از دانشمندان بزرگي چون (جان ويگ ) از دانشکده پزشکي آلبرت انيشتين در نيويورک و (کينتاکنيون ) از دانشگاه کاليفرنيا، که در زمينه پيري کار مي کنند دعوت به همکاري کرده است . کنيون اخيراً مرحله دوم آزمايشات شرکت را آغاز کرده است . در اين مرحله قرار است اثرات مواد غذايي غني از دوتريم در رژيم غذايي نماتودها (نوعي کرم ) بررسي شود .
جان ويگ مي گويد :«ايده شپينوف خيلي جالب است و موقعيت مهمي را براي کند کردن روند پيري فراهم مي کند . اما بايد توجه داشت که ايده هاي شپينوف وابسته به اين نظريه است که اساس پيري وجود راديکال هاي آزاد است . البته در حال حاضر نظريه پذيرفته شده در اين زمينه همين نظريه است اما بسياري متخصصان عقيده دارند که راديکال هاي آزاد عامل تمام تغييرات زيستي که منجر به پيري در انسان مي شوند نيستند .»
اين موارد موجب شده است که برخي محققان با ديد شک به نظريه شپينوف بنگرند .« تام کريکوود » از دانشگاه نيوکاسل انگلستان مي گويد : « «عقايد شپينوف نظرات را به خود جلب کرده است، اما ما در جستجوي کشف عوامل مهم ديگر موثر در فرايند پيري هستيم ».بنابراين با ارائه فرضياتي که به وسيله نتايج آزمايشگاهي نيز حمايت مي شوند ،اساس اين نظريه با مشکل روبرو خواهد شد . لذا به عقيده من مکانيسم پيشنهادي شپينوف تنها بخش کوچکي از يک تصوير بزرگ است .»
اما محققان ديگر، نظر مثبت بيشتري دارند . «جاويش کامپيسي » از مؤسسه تحقيقات پيري Bnck کاليفرنيا مي گويد : «من ايده هاي قشنگي در مورد اينکه چگونه مي توان طول عمر بيشتري داشت شنيده ام که برخي برخي احمقانه به نظر مي رسيدند اما اين نظريه کنجکاوي را برانگيخته است . اين نظريه بکر و جديد است .»
در حالي که Retrope تلاش هايش را در زمينه پيري متمرکز کرده است شپينوف مي گويد :اثر ايزوتوپي کاربردهاي ديگري هم دارد که بايد مورد مطالعه قرار گيرند، براي مثال محافظت طولاني مدت فضانوردان از اثرات زيانبار اشعه کيهاني و ديگر پرتو هاي يونيزه کننده که آسيب هايي مشابه پيري در آنها ايجاد مي کنند .حملات اکسيداتيو به پيوند کربن هيدروژن مشکل بزرگي در خيلي زمينه ها به حساب مي آيد از کشف داروها گرفته تا سرطان مواد آرايشي و الکترونيک .اگر تحقيقات در زمينه پيري جواب ندهد آنگاه Retrope به تحقيقات در ساير زمينه ها خواهد پرداخت . کانتور مي گويد :«ما نياز داريم که کارهاي خود را طبقه بندي کنيم . مشخص کنيم چه کارهايي بايد صورت گيرد و چه کارهايي نبايد انجام شود و چه کارهايي به اندازه کافي براي بهره برداري تجاري خوب است .البته دامنه اين تحقيقات به جاهاي ديگر هم کشيده خواهد شد حتي به علوم پايه .»
البته کشيده شدن اين نظريه به علوم پايه به اين معني نيست که شپينوف واقعاً مساله اي را که هزاران سال بشر را مشغول خود کرده حل کرده است . به طور واقع بينانه احتمال خيلي زيادي وجود دارد که عقايد او منجر به کاربردهاي معمولي مثل متوقف کردن تغيير رنگ پلاستيک ها در اثر نور آفتاب شود . اما تا زماني که نادرستي نظريات شپينوف ثابت نشده است من مي توانم اميدوار باشم که با دانشمندي جرعه اي آب سنگين نوشيده ام که وقتي من فراموش مي شوم او در يادها خواهد ماند .
بر گرفته از : Newscientist ،28 Novamber 2008 pp36 - 39 .
منبع:اطلاعات علمي شماره 357
/س