غلبه بر بیماری‌ها با کنترل انرژی

دانشمندان اغلب از میتوکندری به عنوان کارخانه انرژی سلول یاد می‌کنند. این نامگذاری کاملا به جاست. میتوکندری‌ها غذایی که می‌خوریم و هوایی که تنفس می‌کنیم را به پتانسیل الکتریکی تبدیل می‌کنند. این پتانسیل الکتریکی فرایندهایی مانند همانندسازی DNA و پروتئین‌سازی را به پیش می‌برد. اثری که هر میتوکندری به تنهایی تولید می‌کند بسیار ناچیز است و انرژی پتانسیل داخل هر سلول منفرد نیز تنها ۰.۲ ولت است. اما اگر مجموع انرژی پتانسیل همه سلول‌های بدن را در نظر بگیریم، خواهیم دید که این انرژی چیزی در حدود انرژی یک صاعقه است!

Doug Wallace، رئیس مرکز Mitochondrial and Epigenomic Medicine در مرکز تحقیقاتی بیمارستان کودکان فیلادلفیا، حدود ۵۰ سال است که روی میتوکندری‌ها و DNAشان مطالعه می‌کند. وی بیشتر از هرکسی اهمیت میتوکندری‌ها را درک کرده‌است. Wallace در این مورد می‌گوید:

میتوکندری‌ها ۹۰ درصد انرژی سلول را تامین می‌کنند و هر چیزی که این میزان از انرژی را تولید کند، ابدا نمی‌تواند بی اهمیت باشد. همه تخصص‌های بالینی بر پایه آناتومی طبقه‌بندی شده‌اند: نورولوژی، چشم‌پزشکی، کاردیولوژی، نفرولوژی، درماتولوژی و … . مشکل اینجاست که این نوع از طبقه‌بندی میتوکندری‌ها را در نظر نمی‌گیرد. از آن جا که نیاز بخش‌های متفاوت ارگان‌های مختلف به انرژی میتوکندریایی یکسان نیست، نقص در میتوکندری‌های هر بخش علائم مختلفی در آن ارگان ایجاد خواهد کرد.

این روند در حال تغییر است. دانشمندان اکنون توجه بیشتری به نقش میتوکندری‌ها در بسیاری از بیماری‌های معمول و حتی پیری می‌کنند. ایده اصلی Wallace تغییر الگوی مطالعه است؛ به این صورت که به جای ارگان‌های درگیر در بیماری، انرژی را بررسی کنیم. اگر این ایده درست باشد، خواهد توانست جان میلیون‌ها نفر را نجات دهد.

مقاله مرتبط: اختلال میتوکندری عامل بسیاری از بیماری‌هاست

در گذشته دانشمندان پاسخ بیشتر سوالاتشان در مورد بیماری‌ها و پیری را در DNA هسته‌ای جست وجو می‌کردند. اما Wallace معتقد است که DNA میتوکندری، حلقه گمشده‌ای است که می‌تواند دانشمندان را به سمت درک بهتر بیماری‌ها و درمان‌های احتمالی راهنمایی کند.

درون میتوکندری

بیشتر DNA در درون هسته قرار دارد و DNA هسته‌ای نامیده می‌شود. این DNA حاوی ۲۰۰۰۰ نوع ژن است و از هرکدام دو نسخه دارد. یکی از این نسخه‌ها از مادر و دیگری از پدر به ارث رسیده‌است. اما DNA میتوکندری، منحصرا از مادر به ارث رسیده و بسیار کوچکتر است و در خارج هسته و داخل میتوکندری قرار دارد. میتوکندری‌ها هیدروژن، کربن و اکسیژن تنفس شده را به کربن دی اکسید، آب و ATP تبدیل می‌کنند. انرژی در ATP ذخیره می‌شود.

در سال ۱۹۸۰، Wallace  دریافت که DNA میتوکندری در طول زمان در اثر جهش‌های مداوم تغییر می‌کند. پس DNAهای موجود در میتوکندری‌های هر شخص با همدیگر تفاوت اندکی دارند که باعث عملکردهای مختلف آن‌ها می‌شود. در نتیجه بازه مقدار انرژی‌های تولید شده توسط میتوکندری‌های فرد افزایش می یابد که قدرت تطبیق فرد را با تغییرات محیطی بیشتر می‌کند. اما این تغییر می‌تواند به این معنا نیز باشد که میتوکندری‌ها در ابتلا به بیماری‌ها بسیار تاثیرگذار هستند.

به عقیده Wallace اختلال در عملکرد میتوکندری‌ها عامل بسیاری از بیماری‌ها و نیز پیری است. فردی که از یک سردرد مزمن رنج می‌برد غالبا به یک نورولوژیست مراجعه می‌کند. اما این احتمال وجود دارد که یک اختلال سیستمیک انرژی مسبب این سردرد بوده و فرد مشکلی از لحاظ آناتومیک نداشته باشد.

درک عمیق تر

در سال ۱۹۸۸، Wallace نخستین بیماری ارثی مربوط به DNA میتوکندری‌ها را کشف کرد. این بیماری نوروپاتی ارثی عصب بینایی لبر (Leber’s hereditary optic neuropathy) نام دارد و در نهایت منجر به نابینایی می‌شود. تا اوایل دهه ۲۰۰۰ صدها بیماری مرتبط با DNA میتوکندریایی کشف شد. بسیاری از این اختلالات ژنتیکی سلول‌های بدن را از انرژی خالی کرده و علائمی مانند تشنج، مشکلات تنفسی و اختلالات ذهنی را ایجاد می‌کنند. وب‌سایت MITOMAP.org همه تغییرات و جهش‌های ژنتیکی بیماری‌زای شناخته‌شده میتوکندری‌ها را بررسی کرده است.

مقاله مرتبط: استراتژی جدید هلیکوباکتر پیلوری در هدف قرار دادن میتوکندری‌ها

Wallace معتقد است که تغییرات میتوکندری‌ها ممکن است در ابتلا به انواع بیماری‌ها تاثیرگذار باشد. این بیماری‌ها شامل اوتیسم، سرطان، التهاب و حتی بیماری‌های نورودژنراتیو هستند. مطالعه‌ای جدید نشان داده‌است که در بسیاری از انواع سرطان، سلول‌های توموری نسخه های کمتری از DNA میتوکندریایی نسبت به سلول‌های عادی دارند. محققان همچنین دریافتند که تعداد نسخه‌های DNA میتوکندریایی در یک تومور مشخص، با تعداد جهش‌های عامل سرطانی شدن سلول ها مرتبط است. این یافته می‌تواند به کشف درمان‌های جدیدی برای این تومورها منجر شود.

DNA میتوکندری‌ها در پیری نیز نقش دارد. در طول زمان تراکم جهش‌ها در DNA میتوکندری‌ها بیشتر و بیشتر شده و به آرامی ظرفیت انرژی سلول را کاهش می‌دهند. به همین علت است که باافزایش سن، افراد از کمبود انرژی نسبت به گذشته شکایت می‌کنند. از همه مهم‌تر، سلول ها و ارگان‌های افراد پیر انرژی لازم برای عملکردهای معمول خود را ندارند. به عقیده Wallace این عاملی است که باعث ابتلا به بیماری‌هایی همچون آلزایمر و پارکینسون در دوران پیری می‌شود. در ارگان‌های بزرگی که نیاز شدیدی به انرژی دارند، همانند مغز که ۲۰ درصد انرژی بدن را مصرف می کند، هرگونه تغییر در میزان انرژی تولیدی می‌تواند اثرات عملکردی عمیقی برجای بگذارد.

اثرات جهانی شدن

در دهه‌های ۷۰ و ۸۰ میلادی، Wallace پیشگام در ارائه مفهوم حوای میتوکندریایی (Mitochondrial Eve) بود. حوای میتوکندریایی، جدیدترین نیای مشترکی است که همه انسان‌های معاصر به صورت ناگسستنی از طریق مادر خود به او مرتبط می‌شوند. البته خود Wallace چندان با این واژه موافق نبود. در حین این مطالعه، Wallace متوجه شد مهاجرت‌های انسان اغلب با جهش‌هایی در DNA میتوکندریایی همراه بوده که باعث تطابق بیشتر وی با محیط و بهره برداری کامل از آن شده است. با اینکه این سازش ناشی از تغییرات به انسان کمک کرده‌است تا در محیط جدید تکثیر شود، اما چالش‌های جدیدی نیز پیش رویش قرار داده است. به عنوان مثال فردی که میتوکندری‌هایش با سبک زندگی فعال، رژیم غذایی کم چرب و آب‌و‌هوای گرم سازگاری یافته‌اند، ممکن است نتواند به یک سبک زندگی کم‌تحرک، رژیم غذایی پرچرب و اقلیم سرد عادت کند.

Wallace معتقد است جهانی شدن (globalization) می‌تواند تاثیر عمیقی بر میتوکندری‌های متنوع امروزی گذاشته و درنتیجه‌ی عدم سازگاری میتوکندری‌ها، وقوع بسیاری از بیماری‌های مزمن افزایش یابد. میتوکندری‌های امروزی با اقلیم و میزان دریافت کالری کنونی منطبق نیستند و به همین علت است که وقوع بسیاری از بیماری‌های مزمن مانند چاقی، دیابت، اوتیسم و انواع مشخصی از سرطان و بیماری‌های نورودژنراتیو در حال افزایش است. این یافته همچنین علت این که چرا برخی دودمان‌های اجدادی (ancestral lineage) بیشتر در معرض ابتلا به انواع خاصی از بیماری‌ها هستند را نشان می‌دهد.

مقاله مرتبط: اوتیسم با جهش‌های DNA میتوکندری ارتباط دارد

درمان های همه جانبه‌تر

در بسیاری از مطالعات ژنتیکی که به منظور کشف ارتباط بین بیماری‌ها و ژن ها انجام شده‌اند، محققان بیشتر روی DNA هسته‌ای تمرکز کرده‌اند. هم‌اکنون بعد از دهه‌‌ها پژوهش مشخص شده‌است که پاسخ همه سوالات در DNA هسته‌ای نیست. انرژی در فلسفه پزشکی غرب به کلی نادیده گرفته شده است. بیماران آلزایمری به یک نورولوژیست مراجعه می‌کنند، درحالیکه ممکن است درمان این بیماری توسط یک متخصص بیوشیمی ممکن باشد.

Wallace باور دارد که یک روش درمانی کلی و همه‌جانبه (holistic) با تاکید بیشتر بر روی انرژی می‌تواند منجر به شناخت درمان‌های بهتر در آینده شود. DNA میتوکندریایی نقش برجسته‌ای در این مسیر ایفا خواهد کرد.

علیه احتمالات

Neils و Lachlan، پسران Meredith Hardy، از نوعی بیماری مربوط به میتوکندری رنج می‌برند. وی ۱۸ ماه پس از تولد فرزند دومش پی برد که پسرانش عادی نیستند. Lachlan، فرزند کوچکترش، مشکل تنفس و خواب داشت و زمانی که سه هفته بیشتر نداشت ممکن بود بمیرد. پسر بزرگترش، Neils، ابتدا دچار رفلاکس معده و یبوست مزمن شد. سپس به دفعات دچار عفونت سینوس، تب و استفراغ می‌شد. تعادل و گفتار او نیز تحت تاثیر قرار گرفت.

پس از اینکه تشخیصی برای بیماری صورت نگرفت، خانواده Hardy به فیلادلفیا نقل مکان کردند تا به بیمارستان کودکان فیلادلفیا نزدیکتر باشند. پزشکان این بیمارستان به نوعی بیماری میتوکندری مظنون شدند و این تشخیص توسط بیوپسی عضلانی تایید شد.

بیماری میتوکندری نوعی بیماری ارثی مزمن است که ممکن است از بدو تولد خود را نشان دهد و یا اینکه در طول زندگی فرد بروز کند. تخمین زده شده که این بیماری‌ها یک نفر در هر ۴۰۰۰ نفر را درگیر کرده و می‌توانند اختلالات ناتوان کننده جسمی، رشدی و شناختی مانند رشد کم و از دست دادن هماهنگی عضلانی تا تشنج، ناشنوایی، نابینایی و نارسایی یک ارگان را ایجاد کنند.

این کودکان هم‌اکنون ۱۱ و ۱۳ ساله هستند و تحت درمان شدید قرار دارند. برنامه آن‌ها شامل درمان با ایمونوگلوبولین‌ها و استروئیدها، داروهای تشنج و چندین داروی مکمل به همراه روزانه ۲ ساعت ورزش سنگین است. آن‌ها در حال پیشرفت بوده و برای خانواده‌هایی که مشکل مشابهی دارند مایه امیدورای هستند.