مع تقدمنا في العمر، تضعف عضلاتنا، وهي ظاهرة تُعرف باسم "ساركوبينيا" أو ضمور الكتلة العضلية. إن الأسباب المؤدية إلى هذا التدهور العضلي ليست مفهومة بشكل كامل، على الرغم من أن الأبحاث تشير إلى أن التراجع الوظيفي في الميتوكندريا قد يكون عاملاً رئيسياً. في كلية الطب بجامعة ويك فورست في الولايات المتحدة الأمريكية، يدرس الدكتور بومسو آن التدريبات الرياضية وهرموناً يمتلك القدرة على مواجهة ضمور الكتلة العضلية عن طريق تحسين وظائف الميتوكندريا. ويتلخص هدف مختبره في إبطاء عملية الشيخوخة، مما يتيح للناس البقاء بصحة جيدة لفترة أطول.
تحدث كعالم أحياء الميتوكندريا
ديناميكا الطاقة الحيوية: الفرع المختص في الكيمياء الحيوية وبيولوجيا الخلية الذي يدرس كيفية تدفق الطاقة عبر الأنظمة الحية.
الجينوم: الطاقم الكامل من الجينات الموجودة في الخلية أو العضية أو الكائن الحي.
الجريلين: هرمون يُنتج في المعدة، ويمتلك نطاقاً واسعاً من الوظائف بما في ذلك تحفيز الشهية.
الاتزان الداخلي: العمليات البيولوجية التي تحافظ على بيئة داخلية مستقرة وثابتة داخل الخلية أو الكائن الحي.
الميتوكندريا: عضيات توجد في معظم الخلايا، وهي المسؤولة عن التنفس الخلوي إلى جانب أدوار أخرى.
التعديل الأكسدي: التغيير الكيميائي للمزيج البيولوجي مثل البروتينات والدهون والأحماض النووية بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية.
أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS): جزيئات غير مستقرة تزيل الإلكترونات من الجزيئات الأخرى، مما يتسبب في حدوث أضرار.
ضمور الكتلة العضلية (ساركوبينيا): فقدان الأنسجة العضلية كجزء من عملية الشيخوخة.
في العقود الأخيرة، تحسنت أعمار البشر في الدول المتقدمة بشكل دراماتيكي. ومع ذلك، فإن "مدى الحياة الصحّي" وهو الفترة التي نكون فيها أصحاء ونشطين لم يرتفع بنفس الطريقة. ولا تزال العديد من جوانب التراجع المرتبط بالتقدم في العمر دون حلول، بما في ذلك فقدان الكتلة العضلية ووظيفتها والمعروف باسم ضمور الكتلة العضلية. يقول الدكتور بومسو آن من كلية الطب بجامعة ويك فورست: "تعد الكتلة العضلية ووظيفتها أمرين حاسمين للحركة والاستقلالية وبالتالي نوعية الحياة لدى كبار السن. وعلى الرغم من أن العديد من المركبات المخصصة لملاحظة ضمور الكتلة العضلية خضعت للتقييم في التجارب السريرية، إلا أن أياً منها لم يتحول بعد إلى علاجات فعالة ومستخدمة على نطاق واسع".
حتى الآن، فإن الطريقة الفعالة الوحيدة للحد من ضمور الكتلة العضلية هي ممارسة الرياضة، ومع ذلك فإن التأثيرات الإيجابية للرياضة تتضاءل كلما وصلنا إلى سن متقدمة. ولمعالجة هذه المشكلة، يبحث بومسو في المسارات البيولوجية الجزيئية التي تؤدي إلى ضمور الكتلة العضلية، وما إذا كانت هناك فرص لتعطيلها. ويقول: "يهدف البحث في مختبري إلى إيجاد طرق لتأخير ضمور الكتلة العضلية حتى يستطيع الناس الحفاظ على نمط حياة عال الجودة لفترة أطول".
رحلة بومسو
نشأ بومسو في كوريا الجنوبية، والتي تمتلك واحداً من أعلى معدلات مأمول الحياة في العالم، حيث قضى معظم وقته في ممارسة الرياضة. يقول: "بطبيعة الحال، جعلني هذا فضولياً بشأن جسم الإنسان، وتساءلت لماذا ينبض قلبي بشكل أسرع أثناء التمرين، أو كيف حسّن التدريب من أدائي. هذا الفضول أشعل حلمًا مبكرًا، وإن كان غامضًا، لدراسة علم وظائف الأعضاء البشري".
بعد تخرجه من الجامعة، قضى بومسو ثلاث سنوات يعمل في القطاع الصناعي. ويقول: "في النهاية، أدركت كم اشتقت إلى العلوم وقررت العودة إلى المجال الأكاديمي، وهو ما وضعني في النهاية على طريقي الحالي. كان لمشرفتي في مرحلة ما بعد الدكتوراه، الدكتورة هولي فان ريمن، تأثير عميق على مسيرتي المهنية في بيولوجيا الميتوكندريا. من خلال العمل في مختبرها، عشت حماسة الاكتشافات العلمية واكتسبت الثقة والفضول اللذين يواصلان قيادة أبحاثي اليوم. لقد تحول هذا الفضول الآن إلى رغبة عميقة في كشف كيفية دعم الميتوكندريا لصحة العضلات، وماذا يحدث عندما تفشل".
الميتوكندريا: قد تسبب آثاراً جانبية
تزود الميتوكندريا خلايانا بالطاقة عبر عملية التنفس، ولكن هذا النشاط ليس سوى رأس الجبل الجليدي. يقول بومسو: "تلعب الميتوكندريا أيضاً أدواراً مركزية في ديناميكا الطاقة الحيوية، وتنظيم الأكسدة والاختزال، وتنظيم الكالسيوم. قد تكون لها أدوار أخرى أيضاً، فالتجارب التي تستخدم الميتوكندريا المعزولة بدأت فقط في خمسينيات القرن الماضي، وما يزال لدينا الكثير لنلتقطه ونتعلمه".
على الرغم من أن الميتوكندريا أساسية، فإن عملها الشاق ينطوي على بعض الآثار الجانبية المؤسفة. يقول بومسو: "كناتج ثانوني للتنفس، تولد الميتوكندريا أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والتي يمكن أن تسبب تعديلاً أكسدياً في البروتينات والدهون والأحماض النووية". تنتزع أنواع الأكسجين التفاعلية الإلكترونات من الجزيئات الأخرى، مما يغير بنية هذه الجزيئات ووظيفتها في هذه العملية. يوضح بومسو: "ثم يصبح الجزيء المعدل مؤكسداً بنفسه، مما يعني أن التأثير ينتشر. يمكن لجزيء واحد من أنواع الأكسجين التفاعلية أن يؤدي إلى تعطيل عدد لا يحصى من الجزيئات الأخرى". بينما تعتبر أنواع الأكسجين التفاعلية مهمة لإشارات الخلايا، فإن هذه التعديلات الأكسدية تعد أخباراً سيئة عموماً، حيث تصبح الجزيئات المعدلة عديمة الفائدة أو حتى ضارة. كما يمكن لهذه الاضطرابات أن تتلف حمضنا النووي، مما يعجل بعملية الشيخوخة.
العضلات مليئة بالميتوكندريا التي تسمح لها بالانقباض، وهو نشاط يتطلب طاقة كبيرة. لكن هذا التركيز العالي للميتوكندريا يعني أيضاً تركيزاً عالياً من أنواع الأكسجين التفاعلية، وبالتالي التعديلات الأكسدية. يوضح بومسو: "إن الآلية الخلوية التي تمكّن العضلات من الانقباض يمكن أن تثبط بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية. على سبيل المثال، فإن إنسيماً يسمى ميوซين أتيبيز (myosin ATPase)، وهو ضروري لانقباض العضلات، يصبح أقل نشاطاً عندما يتم تعديله بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية". كما أن الأكتين، وهو البروتين الذي يشكل خيوط العضلات، يتعرض للتلف ويصبح أقل مرونة.
الهرمون الخارق
ومع ذلك، يدرس بومسو معجزة جزيئية قد تكون قادرة على كبح كل هذا الضرر. يقول بومسو: "الجريلين هو هرمون ينتج في المعدة. يُطلق عليه أحياناً هرمون الجوع، لكن وظائفه تتجاوز مجرد التحكم في شهيتنا". على سبيل المثال، يبدو أن هناك شكلاً من أشكال الجريلين يسمى الجريلين غير المترابط مرتبطاً بمواجهة فقدان الكتلة العضلية ووظيفتها.
أجرى بومسو تجارب أظهرت أن الجريلين غير المترابط يعاكس تدهور العضلات لدى الفئران المسنة. ويبدو أنه يعزز تنفس الميتوكندريا، وهي العملية التي تولد أنواع الأكسجين التفاعلية كناتج ثانوي، ولكنه يخفف أيضاً من إنتاج هذه الأنواع في نفس الوقت، مما يؤدي إلى تأثير إيجابي إجمالي. كما بدا أن للجريلين تأثيراً وقائياً في الفئران المصابة بالسرطان، حيث أبطأ معدل الهزال العضلي السريع.
من الفئران إلى البشر
تم استخدام الجريلين في التجارب السريرية، ولكن حتى الآن فقط لدوره في التحكم في الجوع. يقول بومسو: "متلازمة برادر فيلي هي مرض جيني يسبب الجوع المستمر، إلى جانب تأثيرات أخرى تشمل ضعف العضلات. المرضى الذين يعانون من هذا المرض والذين تلقوا حقناً يومية من شبيه الجريلين غير المترابط أظهروا سلوكيات إيجابية متعلقة بالطعام دون آثار جانبية". على الرغم من أن متلازمة برادر فيلي تختلف تماماً عن ضمور الكتلة العضلية، إلا أن التجربة أثبتت أن إعطاء الهرمون يمكن أن ينتج نتائج إيجابية، وربما يكون الأمر نفسه صحيحاً لإبطاء التراجع المرتبط بالعمر. يقول بومسو: "فريقنا مهتم للغاية بتطوير شبيه للجريلين غير المترابط يمكن ابتلاعه بدلاً من حقنه لدراسة أطول أجلاً مع حجم عينة أكبر في المستقبل القريب".
في حين قد يثبت الجريلين أنه أداة ممتازة لإبطاء عملية الشيخوخة، إلا أنه سيحتاج إلى العمل جنباً إلى جنب مع العلاجات الأخرى. يقول بومسو: "يبحث مختبري في الجمع بين الاستراتيجيات الدوائية وأنظمة التمرين لاكتشاف التدخلات الأكثر فعالية. هدفنا النهائي هو تعزيز الحركة والاستقلالية لدى كبار السن لأطول فترة ممكنة".
الدكتور بومسو آن أستاذ مساعد، قسم الطب الباطني، شعبة طب الشيخوخة وأمراض المسنين، كلية الطب بجامعة ويك فورست، كارولاينا الشمالية، الولايات المتحدة الأمريكية. مجال البحث: بيولوجيا الميتوكندريا. المشروع البحثي: التحقيق في دور الميتوكندريا في التدهور العضلي المرتبط بالعمر وكيف يمكن لهرمون الجريلين إبطاء هذا التراجع. الجهة المائلة: المعهد الوطني الأمريكي للشيخوخة؛ الاتحاد الأمريكي لأبحاث الشيخوخة.
حول بيولوجيا الميتوكندريا
الميتوكندريا هي عضيات مذهلة، تمتلك نطاقاً واسعاً من الوظائف، وتستضيف تفاعلات جزيئية معقدة، وتستمر في طرح أسئلة جديدة. يقول بومسو: "نظراً لأن الميتوكندريا مركزية في كل جانب من جوانب علم وظائف الأعضاء البشري تقريباً، فإن هذا المجال يقدم فرصاً لتحقيق تقدم ذي معنى في الطب، وأبحاث الشيخوخة، والصحة الشخصية. بالنسبة للعلماء الشباب، توفر بيولوجيا الميتوكندريا مساراً مهنياً نابضاً بالحياة ومتداخل التخصصات يربط الآليات الجزيئية بالتأثير الحقيقي في العالم".
ويتابع بومسو: "للميتوكندريا أدوار متعددة وكليتها مهمة للأداء الطبيعي والاتزان الداخلي. توجد في جميع خلايانا تقريباً، باستثناء خلايا الدم الحمراء". نظرًا لأن للميتوكندريا أدواراً عديدة ومتنوعة، فإن العديد من الباحثين حول العالم يدرسونها، وكل منهم لديه زاوية بحثية فريدة. يقول بومسو: "هذا يؤدي إلى العديد من التعاونات، وهو ما أجده مجزياً. أتيح لي ولفريقي التعلم عن الميتوكندريا في أعضاء وكائنات حية أخرى، سواء كان ذلك في شرائح الدماغ، أو خلايا الدم، أو ذباب الفاكهة".
تستمر هذه الجهود البحثية في تحقيق نتائج جديدة ومفاجئة، مما يشير إلى حقبة طويلة ومثمرة من الاكتشافات القادمة. كما يتوقع بومسو أن التطورات التكنولوجية ستؤثر على مستقبل هذا المجال. ويقول: "الذكاء الاصطناعي، على سبيل المثال، يمكن أن يعجل باكتشاف الأدوية التي تستهدف الميتوكندريا، بالإضافة إلى تحليل التصوير لتقييم حالات الإصابة بالأمراض. هناك فصل جديد لبيولوجيا الميتوكندريا على وشك البدء، إنه وقت مثير للغاية".
المسار من المدرسة إلى بيولوجيا الميتوكندريا
يوصي بومسو بالحصول على أساس قوي في الأحياء والكيمياء والفيزياء خلال المرحلة المدرسية. ويقول: "توفر هذه المواد المبادئ الأساسية للطاقة والجزيئات وعمليات الحياة".
في الكلية والجامعة، يقترح بومسو البحث عن دورات أو وحدات في الكيمياء الحيوية، وبيولوجيا الخلية، وعلم وظائف الأعضاء، والوراثة. ويقول: "بصرف النظر عن الدراسات الجامعية الأولى، فإن التدريب الإضافي في البيولوجيا الجزيئية، والمعلوماتية الحيوية، وتحليل البيانات أصبح ذا أهمية متزايدة. تعتمد أبحاث الميتوكندريا الحديثة بشكل كبير على أدوات الجينوم والبروتين".
إذا كان المسار الأكثر تطبيقاً يثير اهتمامك، فإن الهندسة البيوميديكية، وعلم الأدوية، وفيسيولوجيا التمارين الرياضية توفر فرصاً لتطوير تدخلات لتحسين صحة الميتوكندريا.
يقول بومسو: "يمكنك تعلم الكثير من الخبرة العملية، لذلك أوصي بشدة بالبحث عن فرص للخبرة المختبرية".
