Nghiên cứu mới chỉ ra giới hạn tuổi thọ của con người do tổn thương DNA tích tụ

Con người từ lâu đã nỗ lực tìm cách kéo dài tuổi thọ, ban đầu bằng y học nhằm giảm thiểu tử vong sớm, rồi dần chuyển sang nghiên cứu làm chậm quá trình sinh học của lão hóa. Tuy nhiên, ngay cả khi các vấn đề liên quan đến tuổi tác được ngăn chặn, vẫn có thể tồn tại những giới hạn do tổn thương bên trong chính tế bào của cơ thể. Một nghiên cứu toán học mới đã mô phỏng tuổi thọ con người nếu quá trình lão hóa được loại bỏ hoàn toàn, nhưng vẫn giữ lại một quá trình không tránh khỏi: sự tích tụ dần các lỗi trong DNA tế bào bình thường. Kết quả gợi ý rằng con người có thể sống lâu hơn kỷ lục hiện tại nhưng không thể sống vô hạn do tổn thương di truyền tích tụ thành rào cản cuối cùng.

Tế bào trong cơ thể liên tục phân chia, sửa chữa và hoạt động mỗi ngày, khiến đôi khi có những sai sót nhỏ xuất hiện trong DNA, gọi là đột biến somatic, phát sinh từ sau khi con người sinh ra và không truyền sang thế hệ sau. Phần lớn đột biến không gây hại nhiều, nhưng một số có thể làm suy yếu chức năng của tế bào, nhất là khi ảnh hưởng đến các gen thiết yếu cho sự tồn tại. Qua nhiều thập kỷ, sự mất mát dần dần các tế bào khỏe mạnh có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến các mô ít khả năng tái tạo.

Các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Skolkovo (Nga) đã xây dựng một mô hình toán học phức tạp để ước tính tuổi thọ con người trong điều kiện giả định loại trừ được các tác nhân lão hóa khác, chỉ còn lại ảnh hưởng của đột biến somatic. Mô hình xem xét các loại tế bào khác nhau như tế bào thần kinh, tế bào cơ tim, tế bào gan và tế bào đường hô hấp, đánh giá tốc độ xuất hiện đột biến, khả năng làm gián đoạn gen quan trọng và khả năng thay thế các tế bào bị tổn thương.

Theo bài báo công bố trên tạp chí npg aging với tiêu đề "Somatic mutations impose an entropic upper bound on human lifespan", kết quả ước tính tuổi thọ trung bình nằm trong khoảng từ 146 đến 194 năm, với giá trị trung tâm xấp xỉ 156 năm. Con số này vượt xa kỷ lục sống lâu nhất đã được xác nhận hiện tại là 122 tuổi 164 ngày của Jeanne Calment (Pháp) qua đời năm 1997. Mô hình cũng cho thấy, trong những trường hợp cực hiếm, một số cá nhân có thể sống vài thế kỷ, tuy nhiên đó không phải là giới hạn sinh học chắc chắn.

Để đánh giá riêng tác động của các đột biến, nhóm nghiên cứu giả định một kịch bản nơi tất cả các nguyên nhân gây tử vong do lão hóa khác đều bị loại bỏ. Khi đó, mô hình tính toán tuổi thọ có thể tăng lên hơn 1.700 năm. Tuy nhiên, sau khi thêm yếu tố mất tế bào do đột biến, tuổi thọ giảm mạnh xuống phạm vi hàng trăm năm. Điều này phản ánh sự phức tạp của quá trình lão hóa, vốn gồm nhiều yếu tố khác nhau của tế bào, mô và cơ quan phối hợp gây nên. Mặc dù tổn thương DNA không phải nguyên nhân duy nhất khiến con người già đi, nhưng khi các yếu tố khác được kiểm soát, đây sẽ là trở ngại ngày càng quan trọng.

Một thách thức lớn nằm ở những cơ quan chứa chủ yếu những tế bào không hoặc rất ít khả năng thay thế, tiêu biểu là não. Phần lớn neuron được hình thành sớm trong đời và tồn tại hàng thập kỷ, khi bị tổn thương do đột biến sẽ khó phục hồi, làm giảm chức năng thần kinh. Tương tự, các tế bào cơ tim tái tạo hạn chế hơn nhiều mô khác, gây ra giới hạn tuổi thọ khoảng 194 năm với tổn thương neuron và khoảng 208 năm khi xét tế bào cơ tim. Trái lại, gan và các tế bào đường hô hấp cho thấy khả năng tái tạo tốt hơn, giúp duy trì chức năng lâu dài dù tế bào tổn thương vẫn tồn tại. Tuy nhiên, ngay cả các cơ quan này cũng có giới hạn do tế bào không thể tái sinh mãi mãi.

Sự khác biệt giữa khả năng tái tạo tế bào của các cơ quan phác họa rõ trách nhiệm và phức tạp khi tìm cách kéo dài tuổi thọ. Giữ cho một bộ phận khỏe mạnh không có nghĩa là toàn bộ cơ thể tránh khỏi suy thoái. Đây cũng giải thích vì sao các chiến lược chống lão hóa cần đồng bộ nhiều điều kiện sinh học để thành công.

Giới khoa học từng tranh luận mức độ đóng góp của đột biến somatic vào quá trình lão hóa. Nghiên cứu trước đây năm 2022 công bố trên Nature có tựa đề "Somatic mutation rates scale with lifespan across mammals" chỉ ra rằng các loài động vật sống lâu thường có tốc độ tích tụ đột biến chậm hơn mỗi năm, nhưng chưa xác định được mức độ ảnh hưởng cụ thể. Mô hình mới từ nghiên cứu Nga cố gắng lượng hóa mối liên hệ này bằng cách tính toán tổn thương đột biến có thể ảnh hưởng như thế nào đến tuổi thọ nếu các quá trình lão hóa khác được triệt tiêu.

Kết quả phù hợp với các dự đoán trước đây về giới hạn tuổi thọ tự nhiên của con người nằm ở mức cao hơn kỷ lục hiện tại nhưng vẫn chưa đạt tới đời sống hàng thế kỷ.

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh mô hình chỉ là phiên bản đơn giản hóa của thực tế sinh học con người, trong khi lão hóa thực tế bao gồm nhiều hệ thống phức tạp như chức năng miễn dịch, bảo dưỡng protein, chuyển hóa, nguy cơ ung thư và sự liên kết giữa các cơ quan. Mô hình tập trung đánh giá một số loại mô và giả định cách đột biến tác động lên tế bào, trong khi tế bào tổn thương không nhất thiết chết ngay mà có thể hoạt động kém, gây hại hoặc tương tác bất thường với các tế bào khác.

Những mô hình trong tương lai cần mở rộng phân tích bao gồm nhiều quá trình sinh học khác nhau, giúp xác định các hình thức tổn thương tế bào có trọng lượng lớn nhất đối với tuổi thọ. Kết luận của nghiên cứu không khẳng định con người có giới hạn tuổi thọ cố định là 156 năm, mà cung cấp một ước lượng toán học về rào cản tiềm ẩn nếu nhiều tác nhân lão hóa được giải quyết.