Ở Đơn vị sinh học ty thể MRC của Đại học Cambridge, Michal Minczuk là một trong số các nhà khoa học trên khắp thế giới đang ngày càng phát triển nhằm tìm ra những phương pháp mới để cải thiện sức khỏe của ty thể. Dòng nghiên cứu này có thể giúp cung cấp các phương pháp điều trị cần thiết cho những người bị Covid lâu năm, cũng như cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về mọi thứ, từ các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Parkinson đến quá trình lão hóa.

Ti thể, cấu trúc hình ống nhỏ bé được tìm thấy hàng trăm, đôi khi hàng nghìn, trong gần như tất cả các tế bào của chúng ta, được biết đến như là nhà máy năng lượng của cơ thể, liên tục chuyển đổi thức ăn chúng ta ăn thành ATP, một chất hóa học phức tạp hoạt động như một dạng của tiền tệ năng lượng cho tế bào. Nếu không có ATP, mọi tế bào của chúng ta, từ não bộ đến cơ bắp, sẽ thiếu nhiên liệu cần thiết để tiếp tục hoạt động, và các cơ quan của chúng ta sẽ nhanh chóng ngừng hoạt động.

Nhưng trong khi các ty thể thường được xem như là nhà máy sản xuất năng lượng, các nhà khoa học đã nhiều lần phát hiện ra rằng chúng không chỉ đơn giản là tạo ra ATP. Thứ nhất, chúng có thể giúp giữ ấm cho chúng ta khi chúng ta bị lạnh thông qua một hình thức sinh nhiệt thay thế cho việc run rẩy và các nghiên cứu đã gợi ý rằng ty thể trong mắt thậm chí còn đóng vai trò tập trung ánh sáng vào võng mạc, giúp chúng ta nhận thức được môi trường xung quanh. .

Trên thực tế, càng xem xét, chúng ta càng thấy rằng chúng đóng góp vào nhiều nền tảng của sự sống giúp chúng ta khỏe mạnh, từ việc tổng hợp protein hemoglobin, vận chuyển oxy trong máu, lưu trữ canxi, và thậm chí cả phản ứng của hệ miễn dịch. . Trong khi ty thể duy trì các tế bào của chúng ta, chúng cũng đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tự nhiên của quá trình chết tế bào xảy ra lặp đi lặp lại trong suốt cuộc đời của chúng ta, xác định các tế bào già và bị hư hỏng cần phải loại bỏ và tiêu diệt.

Nói một cách đơn giản, chúng rất quan trọng đối với sự tồn tại của chúng ta, nhưng giống như nhiều bộ máy bẩm sinh của cơ thể, chúng ta chỉ nhận thấy chúng khi chúng bắt đầu hoạt động sai. Minczuk nói: “Ti thể tham gia vào nhiều quá trình nên khi chúng hoạt động không tốt, điều này có thể dẫn đến các dạng rối loạn chức năng khác nhau trong cơ thể con người dẫn đến bệnh tật.

Một trong những điểm phức tạp độc đáo của ti thể là chúng có ADN riêng, tách biệt với ADN được lưu trữ trong nhân tế bào của chúng ta, vốn đến từ cả bố và mẹ. DNA ti thể (mtDNA) chỉ được truyền từ mẹ và bao gồm ít hơn 17.000 cặp bazơ, so với 3,3bn trong nhân. Nhưng nó vẫn mã hóa các hướng dẫn cụ thể cho một số protein, và trong thập kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các đột biến trong mtDNA ngăn cản ty thể hoạt động bình thường có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng ta, góp phần gây ra nhiều loại bệnh mãn tính.

Một trong những điểm phức tạp độc đáo của ti thể là chúng có ADN riêng, tách biệt với ADN được lưu trữ trong nhân tế bào của chúng ta, vốn đến từ cả bố và mẹ. DNA ti thể (mtDNA) chỉ được truyền từ mẹ và bao gồm ít hơn 17.000 cặp bazơ, so với 3,3bn trong nhân. Nhưng nó vẫn mã hóa các hướng dẫn cụ thể cho một số protein, và trong thập kỷ qua, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các đột biến trong mtDNA ngăn cản ty thể hoạt động bình thường có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng ta, góp phần gây ra nhiều loại bệnh mãn tính.

Các trường hợp nghiêm trọng nhất được gọi là bệnh ty thể, nơi các đột biến trong mtDNA được mắc phải do di truyền. Chúng ảnh hưởng đến khoảng một trong số 4.300 người, và hậu quả là rất nghiêm trọng. Tuổi thọ của hầu hết bệnh nhân là từ 10 đến 35 năm, với hầu hết tử vong do suy mòn cơ thể nói chung do tổn thương não hoặc cơ, hoặc suy giảm các cơ quan như tim và thận. Nhưng các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng đột biến có thể tích tụ trong mtDNA khi chúng ta già đi và nhóm nghiên cứu của Minczuk tại đơn vị sinh học ty thể MRC của Đại học Cambridge đặc biệt quan tâm đến vai trò của điều này trong bệnh Parkinson.

Người ta cho rằng một số bệnh nhân Parkinson có đột biến gen ngăn cản việc loại bỏ các ty thể bị hư hỏng và thay thế bằng các phiên bản khỏe mạnh – một quá trình được gọi là autophagy. Kết quả là, các ty thể hiện có trong cơ thể tích lũy ngày càng nhiều đột biến, gây ra những hậu quả gây hại cho các tế bào như tế bào thần kinh, vốn phụ thuộc nhiều vào năng lượng mà chúng cung cấp.

Nhưng sự gia tăng của các kỹ thuật chỉnh sửa gen mới có thể đưa ra các giải pháp điều trị mới trong những năm tới, ban đầu cho các bệnh về ty lạp thể nhưng cũng có thể cho các bệnh khác. Đây là một thách thức vì công nghệ Crispr – sử dụng một đoạn RNA để dẫn một enzyme đến vị trí DNA cụ thể nơi nó cắt đứt đột biến – không thể được sử dụng để điều chỉnh ty thể, vì không thể chuyển RNA thành mtDNA.

Tuy nhiên trong vài năm qua, các nhà khoa học bao gồm Minczuk đã thiết kế ra các enzym có thể đạt được hiệu quả tương tự như Crispr mà không cần RNA. Trong khi các nghiên cứu vẫn đang được tiến hành trên các loài gặm nhấm, điều này mang lại tiềm năng to lớn trong tương lai.

Minczuk nói: “Chúng tôi đang dần thu thập các công cụ để có thể sửa đổi bộ gen ty thể trong tế bào động vật. “Ngay bây giờ, chúng tôi có thể loại bỏ các đột biến hiện có, thay đổi cấu tạo di truyền của ty thể, nhưng chúng tôi cũng muốn có thể kích hoạt các đột biến mới. Điều này sẽ cho phép chúng tôi nghiên cứu về bệnh Parkinson một cách chi tiết hơn. Ví dụ, chúng ta có thể lấy một con chuột khỏe mạnh và giới thiệu các đột biến đã thấy ở bệnh nhân Parkinson và xem điều gì sẽ xảy ra. Điều đó có làm khởi phát các triệu chứng không? “

Điều trị Covid kéo dài

Mặc dù hack bộ gen ty thể có thể thay đổi việc chăm sóc sức khỏe trong những năm tới, nhưng việc tìm ra những cách tức thời hơn để cải thiện sức khỏe của ty thể có thể giúp hàng triệu người mắc hội chứng mệt mỏi mãn tính và Covid kéo dài, còn được gọi là ME / CFS.

Tại Đại học Oxford, bác sĩ tim mạch Betty Raman hiện đang trong quá trình chạy thử nghiệm lâm sàng để xem liệu một loại cocktail axit amin có tên là AXA1125, được sản xuất bởi công ty công nghệ sinh học Axcella Therapeutics có trụ sở tại Massachusetts, có thể giúp những bệnh nhân covid kéo dài, nơi cho đến nay sự mệt mỏi vẫn là triệu chứng nổi trội hay không. 

Cô nói: “Thuốc là một loại thức uống dạng bột, được dùng ba lần một ngày cùng với bữa ăn và chúng tôi hy vọng rằng nó sẽ giúp mọi người cải thiện mức năng lượng và sự mệt mỏi của họ. “Ý tưởng là nó có thể cung cấp cho ty thể thêm nhiên liệu để sản xuất năng lượng, và giúp sửa chữa các ty thể bị hư hỏng. Hy vọng rằng vào cuối tháng Bảy, chúng tôi sẽ có một số kết quả hàng đầu để báo cáo. ”

Ý tưởng rằng ty thể có thể liên quan đến bệnh tật của một số người mắc bệnh Covid dài xuất phát từ nghiên cứu được thực hiện bởi Raman và những người khác trên những bệnh nhân thấy mình bị kiệt sức mãn tính do tập thể dục sau Covid-19, mặc dù không có biểu hiện bất thường về tim hoặc phổi rõ ràng. Triệu chứng này thường được gọi là chứng khó chịu sau gắng sức (PEM), và cũng có thể gặp ở những người mắc bệnh ty thể di truyền.

Ở những bệnh nhân Covid mắc PEM lâu năm, Raman nhận thấy rằng các cơ của họ phải vật lộn để lấy oxy từ máu một cách hiệu quả như mong đợi. Sau khi xem xét nghiên cứu cho thấy rằng ty thể trong tế bào bạch cầu không hiệu quả trong việc tạo ra ATP ở những bệnh nhân đang phục hồi sau Covid-19, cô ấy kết luận rằng đây có thể là nguyên nhân gốc rễ.

Nhưng tại sao các ty thể của những bệnh nhân này lại trở nên chậm chạp trong việc tạo ra ATP? David Systrom, bác sĩ chăm sóc phổi và quan trọng tại Bệnh viện Brigham & Women’s, Boston, tin rằng ông đã tìm ra câu trả lời thông qua việc nghiên cứu các bệnh nhân mắc ME / CFS, một căn bệnh mà trong nhiều trường hợp là do nhiễm virus như Epstein-Barr và có nhiều điểm tương đồng. đến Covid dài.

Khi Systrom nghiên cứu DNA ty thể của những bệnh nhân này, nó có vẻ bình thường, nhưng sau khi xem xét sâu và tiến hành sinh thiết cơ, ông đã xác định được những bất thường ở cấp độ điện tử, nằm sâu trong ty thể.

Systrom cho biết: “Trong cả ME / CFS và Long Covid, rất có thể đây là những dạng rối loạn chức năng ty thể mắc phải, có thể liên quan đến bản thân nhiễm trùng ban đầu hoặc phản ứng tự miễn dịch với virus hoặc cả hai. “Điều này cản trở bộ máy ty thể, nhưng không ảnh hưởng đến chính DNA, và điều đó có nghĩa là sau đó ty thể không tạo ra lượng ATP thích hợp để phục vụ nhu cầu của cơ bắp”.

Systrom hiện đang tiến hành thử nghiệm lâm sàng của riêng mình ở cả ME / CFS và bệnh nhân Covid lâu năm, hợp tác với công ty dược phẩm Astellas của Nhật Bản, công ty đã phát triển một loại thuốc nhằm khôi phục sự trao đổi chất bình thường của ty thể.

Cả Raman và Systrom đều đồng ý rằng rối loạn chức năng ty thể chỉ có khả năng là một yếu tố trong một nhóm nhỏ bệnh nhân Covid và ME / CFS lâu năm. Tuy nhiên, vì ty thể rất phổ biến khắp cơ thể, tổn thương gây ra cho các cấu trúc này trên các loại cơ quan khác nhau có thể góp phần vào một loạt các triệu chứng khác nhau mà bệnh nhân có xu hướng báo cáo.

Một căn bệnh phổ biến được báo cáo bởi những người bị Covid và ME / CFS kéo dài là rối loạn chuyển hóa máu, một tình trạng đặc biệt gây ra nhịp tim tăng nhanh và choáng váng khi bệnh nhân cố gắng bất kỳ hình thức hoạt động nào. Raman nói rằng điều này thường là do tổn thương các dây thần kinh cảm giác nhỏ trên da, một thứ có liên quan đến rối loạn chức năng ti thể.

Bà nói: “Có một giả thuyết cho rằng vấn đề ty thể có thể đến trước. “Và bởi vì dây thần kinh là những mô năng lượng cao, chúng đặc biệt phụ thuộc vào chức năng bình thường của ty thể và sản xuất ATP.”

Bà nói: “Có một giả thuyết cho rằng vấn đề ty thể có thể đến trước. “Và bởi vì dây thần kinh là những mô năng lượng cao, chúng đặc biệt phụ thuộc vào chức năng bình thường của ty thể và sản xuất ATP.”

Học hỏi từ các vận động viên ưu tú

Các loại tế bào khác nhau có số lượng ti thể khác nhau, do nhu cầu năng lượng khác nhau từ cơ quan này sang cơ quan khác. Các cơ quan có nhu cầu năng lượng đặc biệt cao như não, tim và tuyến tụy có xu hướng có nhiều hơn, đó là lý do tại sao các ty thể bị rối loạn chức năng có liên quan đến mọi thứ từ ung thư đến tiểu đường loại 2 và các vấn đề tim mạch. Mặc dù ty thể không phải là yếu tố chính dẫn đến bất kỳ bệnh nào trong số này, nhưng chúng được cho là yếu tố phụ quan trọng.

Raman nói: “Phần lớn các trường hợp suy tim hoặc rối loạn chức năng tim được cho là do rối loạn chức năng ty thể liên quan đến tim,” Raman nói. “Có một thành phần trao đổi chất lớn và nó liên quan đến thực tế là tim phụ thuộc rất nhiều vào việc cung cấp oxy liên tục, nhưng ti thể cũng là cấu trúc nhạy cảm và có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố nguy cơ.”

Kết quả là, nếu các loại thuốc ty thể chứng minh được hiệu quả trong Covid và ME / CFS kéo dài, chúng có thể có ứng dụng trong các bệnh khác, trong khi việc chỉnh sửa DNA ty thể để hiểu tác động của các đột biến khác nhau có thể làm sáng tỏ thêm về quá trình lão hóa biểu hiện trong tế bào của chúng ta.

Các nhà khoa học cũng đang thực hiện một số cách tiếp cận bên trái hơn để tìm cách cải thiện sức khỏe của ty thể. Tại Đại học York ở Toronto, Chris Perry đang xem xét những gì chúng ta có thể học được từ ty thể của các vận động viên ưu tú để giúp những người bị bệnh về cơ và thậm chí là chứng suy giảm vận động do tuổi tác.

Ví dụ, Perry chỉ ra rằng những người chạy bộ bền bỉ có số lượng lớn các ti thể hoạt động hiệu quả hơn, hợp nhất để tạo thành mạng lưới rộng khắp các mô cơ của họ để đối phó với những căng thẳng khi tập thể dục kéo dài. Hiểu được các con đường kích hoạt ty thể thích ứng theo cách này có thể dẫn đến liệu pháp điều trị để giúp những người mắc các bệnh khác nhau hoặc giữ cho chúng ta khỏe mạnh hơn khi về già. Điều này đã được thực hiện trong các thử nghiệm lâm sàng, cho thấy rằng thực phẩm bổ sung urolithin A dường như cải thiện sức khỏe ty thể ở người lớn tuổi.

Perry nói: “Khi bạn xuống cấp độ tế bào, có một số điểm trùng lặp đáng ngạc nhiên giữa tập thể dục và bệnh tật, ít nhất là ở các cơ. “Tập thể dục tạo ra những tác nhân gây căng thẳng tế bào rất lớn. Nó làm cạn kiệt nguồn dự trữ ATP, nó gây ra căng thẳng vật lý trên màng tế bào trong bộ xương tế bào, và nó làm axit hóa các tế bào cơ, đây chính xác là những gì xảy ra trong một số bệnh nhất định. ”

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng bản thân việc tập thể dục có thể cải thiện sức khỏe ty thể ở những người lớn tuổi có lối sống ít vận động, kích hoạt các protein trong ty thể tập hợp lại với nhau theo cách cho phép chúng truyền các electron hiệu quả hơn.

Perry nói: “Cơ sở của cuộc sống là sự thích nghi. “Và đó là lý do tại sao tập thể dục lại tốt cho chúng ta, bởi vì nó khiến các tế bào của chúng ta tiếp xúc với các tác nhân gây căng thẳng khác nhau, kích hoạt các đường phản hồi tế bào chuyên dụng này để bắt đầu hành động và điều chỉnh tình hình. Vì vậy, khi chúng tôi tập thể dục trở lại, nó được xử lý hiệu quả hơn. Bạn từ từ xây dựng những năng lực đó là kết quả của sự căng thẳng đó. “

Xem thêm:

Tại sao lộn xộn là một vấn đề tâm lý – và 10 bước dễ dàng để vượt qua nó

Virus đậu mùa khỉ – WHO cho biết không có bằng chứng đã đột biến