Nauka nie potrafi na razie nawet odpowiedzieć na pytanie, dlaczego się starzejemy. Wiadomo, że jest to złożony proces. Toczy się jednak wiele badań nad procesami zachodzącymi w żywych komórkach. Badaczom takich komórkowych procesów udało się je uśpić, a następnie ponownie je uruchomić. Okazało się, że można to zrobić za pomocą ciężkiej wody.
Ciężka woda ma właściwości podobne do zwykłej H2O
W ciężkiej wodzie atomy „zwykłego” wodoru (zwanego czasem protem) zastąpione zostały przez jego cięższy izotop, deuter. Zwykły wodór to najprostszy atom w przyrodzie: jeden dodatnio naładowany proton, stanowiący jądro, wokół którego krąży jeden ujemnie naładowany elektron. W deuterze jądro składa się z protonu i elektrycznie neutralnego neutronu, które spaja oddziaływanie jądrowe.
Deuter ma podobne właściwości chemiczne do zwykłego wodoru, bowiem zależą one od liczby elektronów, która w przypadku obu izotopów jest taka sama. W połączeniu z tlenem deuter tworzy wodę, nazywaną ciężką, jest bowiem o około 1/10 cięższa od wody zwykłej. W fizyce ciężka woda służy do spowalniania neutronów w reaktorach jądrowych. W biologii do tej pory jej nie wykorzystywano, choć prowadzono badania m.in. nad jej toksycznością.
Komórki pod wpływem ciężkiej wody spowalniają metabolizm
Grupa badaczy z Niemiec i Wielkiej Brytanii pod kierunkiem prof. Josefa Alfonsa Käsa i dr. Jörga Schnaußa wykazała, że ciężka woda ma intrygujące właściwości biochemiczne – spowalnia zachodzące w komórkach procesy. To ważne odkrycie, bowiem metabolizm do tej pory udawało się spowolnić jedynie za pomocą obniżania temperatury, a metoda ta ma swoje ograniczenia (przede wszystkim energetyczne, bowiem zgodnie z prawami termodynamiki chłodzenie zawsze wymaga dostarczania energii z zewnątrz).
Badaczom po raz pierwszy udało się wykazać, że w obecności ciężkiej wody procesy biochemiczne zachodzą znacząco wolniej. Dynamiczne struktury spowalniają, stają się bardziej „lepkie”, aż zastygają niczym szkło. Ma to prawdopodobnie związek z tym, że deuter tworzy silniejsze wiązania wodorowe. „Skutkiem tego białka strukturalne, takie jak aktyna, wydają się wchodzić w silniejsze reakcje między sobą i chwilowo do siebie przylegać” – tłumaczy dr. Schnauß.
Co ważne, naukowcy stwierdzili, że taki stan spowolnienia jest w pełni odwracalny. Komórki odzyskują swoje normalne właściwości wkrótce po przeniesieniu do zwykłej wody. Naukowców zdziwiło, że życie w tym względzie wykazuje właściwości charakterystyczne raczej dla materii nieożywionej. „Komórki są bardzo aktywne i dalekie od równowagi termodynamicznej. Jeśli zachowują się jak materia nieożywiona, zwykle są martwe” – dodaje prof. Käs.
Ciężka woda może znaleźć zastosowanie w transplantologii
Badacze mają nadzieję wykorzystać odkrycie do utrzymywania komórek lub tkanek w stanie żywotności przez dłuższy czas (co przyda się w laboratoriach). Jeśli zaś to okaże się skuteczną metodą, może zostać wykorzystane na przykład w medycynie, by móc spowolnić procesy zachodzące w organach pobranych do transplantacji. Obecnie transportowane są one w niskich temperaturach, a czas ich żywotności jest znacznie ograniczony (dla płuc i serca wynosi od 4 do 6 godzin, wątroby do 12; wyjątkiem są nerki, które można przechowywać do półtorej doby).
Nie łudźmy się jednak, że ciężka woda stanie się eliksirem młodości. Nie tylko dlatego, że jest droga ze względu na rzadkość występowania – na milion atomów zwykłej wody przypada zaledwie 115 atomów ciężkiej wody. Jak wynika z badań na zwierzętach, dla całego organizmu i podawana przez dłuższy czas ciężka woda w większych ilościach jest toksyczna, co wynika prawdopodobnie właśnie… ze spowolnienia procesów komórkowych, zwłaszcza zatrzymania podziałów komórek.
Źródło: Advanced Materials, Universität Leipzig.