Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста»
Основная причина сокращения сроков хозяйственного использования высокопродуктивных животных заключается в отсутствии эффективных тестов на жизнеспособность для включения их в селекционные индексы и для мониторинга этого признака при использовании интенсивных технологий. При ретроспективном анализе данных по племенному учёту ранее было показано, что длительность продуктивной жизни коров в определённой степени детерминирована уровнем «конститутивной резистентности» (возрастзависимого функционального резерва системы молокообразования) и продуктивной жизнеспособности (величины, обратной вероятности выбытия) в период первой лактации. Из этого следует, что оценить резерв общей резистентности и предсказать длительность предстоящей продуктивной жизни животных, в принципе, можно в молодом возрасте; но, поскольку выявленные закономерности имеют характер косвенных данных, необходимо их подтвердить в прямых опытах на животных. Цель данной работы − систематизация и анализ результатов, полученных в последние годы в смежных областях биологии с целью обоснования возможных ориентиров в поисковых исследованиях по разработке тестов для оценки жизнеспособности и прогнозирования длительности продуктивной жизни животных. Основные разделы статьи: здоровье, гомеостаз и жизнеспособность; концепция иерархической структуры общей резистентности, гомеорез, эпигенетика и долголетие; эпигенетические механизмы модификации долголетия; генетические и клеточные факторы старения. Проведенный анализ показал, что проблемы жизнеспособности и продолжительности жизни организмов и популяций, хотя и являются фундаментальными для современной биологии, всё ещё остаются недостаточно проработанными даже на уровне теоретических концепций. Принципиальная трудность здесь заключается в том, что исследования в этой области требуют создания организационных предпосылок для длительной совместной работы специалистов разных научных направлений. Возможных кандидатов на роль тестов для прогнозирования долголетия не следует искать в показателях физиологического гомеостаза, с большей вероятностью их можно найти в области действия конститутивных и эпигенетических факторов долголетия. Для продления срока продуктивной жизни животных необходимо увеличивать «начальную» величину общей резистентности организма. Это можно делать за счёт совершенствования селекции, устранения неблагоприятных отклонений в ходе антенатального и постнатального развития, а также применения технологических воздействий в молодом возрасте, способствующих повышению репродуктивной эффективности.
1. Акмаев И.Г., Гриневич В.В. От нейроэндокринологии к нейроиммуноэндокринологии // Бюлл. экспер. биол. мед. − 2001. − Т. 131. − № 1. − С. 22-32
2. Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения. − СПб.: Наука. 2008.
3. Анисимов В.Н., Михальский А.И., Новосельцев В.Н. и др. Основные принципы построения многостадийной многоуровневой математической модели старения // Успехи геронтологии. − 2010. − Т. 23. − № 2. − С. 163-167.
4. Баранов В.С., Глотов О.С., Баранова Е.В. Геномика старения и предиктивная медицина // Успехи геронтологии. − 2010. − Т. 23. − № 3. − С. 329-338.
5. Брехман И.И. Валеология − наука о здоровье. − М.: Физкультура и спорт, 1990.
6. Вайсерман А.М., Войтенко В.П., Мехова Л.В. Эпигенетическая эпидемиология возрастзависимых заболеваний // Онтогенез. − 2011. − Т. 42. − № 1. − С. 30-50.
7. Герасимчук А.В. Связь признаков естественной резистентности с молочной продуктивностью, долголетием и воспроизводительными качествами коров // В сб.: Повышение генетического потенциала молочного скота. − М.: Агропромиздат, 1986. − С. 179-183.
8. Голубев А.Г. Проблемы обсуждения вопроса о возможности подходов к построению общей теории старения. III. Теория и практика старения // Успехи геронтологии. − 2009. − Т. 22. − № 3. − С. 387-400.
9. Голубев А.Г. Биология продолжительности жизни и старения. − СПб.: Н-Л. −2015.
10. Гродзинский Д.М., Войтенко В.П., Кутляхмедов Ю.А., Кольтовер В.К. Надёжность и старение биологических систем. − Киев: Наукова думка, 1987. − 176 с.
11. Драпкина О.М., Ашихмин Я.И., Ивашкин В.Т. Роль шаперонов в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний и кардиопротекции. Интернет ресурс, дата обращения: 21.12.2015. http://internist.a.maraduda.dev.notamedia.ru/upload/iblock/6ff/6ff387e19350f667a569ceef5b8510a8
12. Зотин А.И. Термодинамический подход к проблемам развития, роста и старения. − М.: Мир, 1974. − 184 с.
13. Карликова Г.Г. Генетическая устойчивость к болезням как фактор увеличения долголетия // В сб.: Продуктивное долголетие крупного рогатого скота молочных пород (информационный обзор). − Дубровицы: ВИЖ, 2012. – С. 18-34.
14. Кветной И.М., Ярилин А.А., Полякова В.О., Князькин И.В. Нейроиммуноэндокринология тимуса. − СПб.: Деан, 2005.
15. Корнева Е.А., Шхинек Э.К. Гормоны и иммунная система. − Л.: Медицина, 1988.
16. Курин А.Г., Загороднев Ю.П. Зоотехнические основы повышения пожизненной продуктивности коров. − М.: Колос, 2007. − 95 с.
17. Кузник Б.И., Линькова Н.С., Хавинсон В.Х. Белки теплового шока, возрастные изменения, развитие тромботических осложнений и пептидная регуляция генома (обзор литературы и собственных данных) // Успехи геронтологии. − 2011. − Т. 24. − № 4. − С. 539-552.
18. Михальский А.И., Яшин А.И. Биологическая регуляция и продолжительность жизни // Проблемы управления. − 2003. − № 3. − С. 61-65.
19. Москалёв А.А. К вопросу о генетической обусловленности процессов старения // Успехи геронтологии. − 2008. − Т. 21. − С. 463-469.
20. Москалёв А.А. Эволюционные представления о природе старения // Успехи геронтологии. − 2010. − Т. 23. − № 1. − С. 9-20.
21. Никольский В.В. Инфекция и иммунитет у сельскохозяйственных животных. − Киев: Урожай, 1974.
22. Новосельцев В.Н., Новосельцева Ж.А., Яшин А.И. Старение насекомых. II. Гомеостатическая модель // Успехи геронтологии. − 2000. − № 4.− С. 132-140.
23. Новосельцев В.Н., Аркинг Р., Новосельцева Ж.А., Яшин А.И. Междисциплинарное моделирование системных механизмов репродукцией и старением // Проблемы управления. – 2004. – № 4. – С. 27-40.
24. Новосельцев В.Н., Новосельцева Ж.А. Здоровье, гомеостаз и долголетие // Успехи геронтологии. − 2011. − Т. 24. − № 4. − С. 553-562.
25. Озернюк Н.Д., Зотин А.И., Юровицкий Ю.Г. Оогенез как модель уклонения живой системы от стационарного состояния // Онтогенез. − 1971. − № 6. − С. 565-571.
26. Подобед Л.И. 2015
27. Прошина О., Лоскутов Н. Воспроизводство стада: потерянная страница // Животноводство России. – 2011. – № 9. – С. 40-41.
28. Сельцов В.И., Молчанова Н.В., Калиевская Г.Ф., Тохов М.Х. Продуктивное долголетие – комплексный показатель в селекции крупного рогатого скота // В сб.: Продуктивное долголетие крупного рогатого скота молочных пород (информационный обзор). − Дубровицы: ВИЖ, 2012. – С. 9-27.
29. Скулачёв В.П. Старение организма − особая биологическая функция, а не результат поломки сложной живой системы // Биохимия. − 1997. − Т. 62. − Вып. 11. − С. 1394-1399.
30. Скулачёв В.П. Попытка биохимиков атаковать проблему старения: мегапроект по проникающим ионам. Первые итоги и перспективы // Биохимия. – 2007. – Т. 42. – № 12. – С. 1700-1714.
31. Трофимов А.В. Функциональная морфология старения // Успехи геронтологии. − 2009. − Т. 22. − № 3. − С. 401-408.
32. Уоддингтон К.Х. Основные биологические концепции // В кн.: На пути к теоретической биологии. − М.: Мир, 1971. − 180 с.
33. Черепанов Г.Г., Решетов В.Б. Анализ возрастной динамики молочной продуктивности коров в связи с длительностью их хозяйственного использования // Проблемы биологии продуктивных животных. − 2010. − № 1. − С. 5-17
34. Черепанов Г.Г. Обоснование концепции о ключевой роли конститутивной резистентности для жизнеспособности и длительности использования высокопродуктивных животных // Проблемы биологии продуктивных животных. − 2014. − № 4. − С. 5-34.
35. Черепанов Г.Г., Макар З.Н. Анализ взаимосвязей между жизнеспособностью коров, темпом обновления стада и эффективностью производства молока (системно- алгоритмическая модель). − Российская сельскохозяйственная наука. − 2015. − № 1-2. − С. 54-59.
36. Чистяков В.А., Денисенко Ю.В. Имитационное моделирование старения дрозофилы in silico // Успехи геронтологии. − 2010. − Т. 23. − № 4. − С. 557-563.
37. Ярилин А.А., Беляков И.М. Тимус как орган иммунной системы // Иммунология. − 1996. − № 1. − С. 4-10.
38. Яшин А.И., Украинцева С.В. Новые идеи, методы и проблемы в моделировании демографических и эпидемиологических проявлений старения // Проблемы управления. − 2004. − № 4. − С. 18-26.
39. Allison D.B., Miller R.A., Austad S.N. et al. Genetic variability in responses to caloric restriction in animals and in regulation of metabolism and obesity in humans // J. Geront. Ser. A. Biol. Sci. Med. Sci. − 2001. − Vol. 56. − No. 1. − P. 55-65.
40. Bennet-Baker P.E., Wilkowski J., Burke D.T. Age-associated activation of epigenetically repressed genes in the mouse // Genetics. − 2003. − Vol. 165. − P. 2005-2062.
41. Berthiame F., Aparicio C.L., Eungdamroung J., Yamush M.L. Age- and disease-related decline in immune function: an opportunity for "thymus-boosting" therapies // Tissue Eng. − 1999. − Vol. 5. − No. 6. − P. 499-512.
42. Burton D.G. Cellular senescence, aging and disease // Age (Netherland). − 2009. − Vol. 31. − P. 1-9
43. Сalabrese E.J., Baldwin L.A., Holland C.D. Hormesis: a highly generalizable and reproducible phenomenon with important implications for risk assessment // Risk Anal. − 1999. − Vol. 19. − P. 261-281.
44. Chiras D. Human Biology: Health, Homeostasis, and the Environment. − N.Y.: Jones and Barlett Publ., 2002.
45. Chong S., Whitelaw E. Epigenetic germline inheritance // Curr. Opin. Genet. Dev. − 2004. − Vol. 14. − P. 692-696.
46. De Felici M., Kinger F.G., Farini D. et al. Establishment of oocyte population in the fetal ovary: primordial germ cell proliferation and oocyte programmed cell death // Reprod. Biomed. Online. − 2005. − Vol. 10. − No. 2. − P. 182-191.
47. De Gray A.D. The foreseeability of real antiaging medicine: focusing the debate // Exp. Geront. − 2003. − Vol. 38. − P. 927-934
48. Dolinoy D.C., Weidman J.R., Jirtle R.L. Epigenetic gene regulation: linking early developmental environment to adult disease // Reprod. Toxicol. − 2007. − Vol. 23. − Р. 297-307.
49. Doonan R., McElwee J.J., Mathijssens F. et al. Against the oxidative damage theory of ageing: superoxide dismutases protect against oxidative stress but have little or no effect on life span in C. elegans // Genes and Develop. − 2009. − Vol. 22. − P. 3236-3241.
50. Esteller M. Aberrant DNA methylation as a cancer-inducing mechanism // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. − 2005. − Vol. 45. − P. 629-656.
51. Faragher R.G.A., Sheerin A.N., Ostler E.L. Can we intervene in human aging? // Expert Reviews. − 2009. − Vol. 11. − P. 1-13.
52. Franzetti B., Schoehn G., Ebel C. et al. Characterization of a novel complex from halophillic archaebacteria, which displays chaperone-like activities in vitro // J. Biol. Chem. − 2001. − Vol. 276. − No. 32. − P. 29906-29914.
53. Gianelli F. Mitochondria and the quality of human gametes // Amer. J. Hum. Genet. − 2001. − Vol. 68. − P. 1535-1537.
54. Ginsburg G.S., Willard H.F. Genomic and personalized medicine: foundations and applications // Transl. Res. – 2009. −Vol. 154. – No. 6. − P. 277-287.
55. Gluckman P.D., Hanson M.A. The developmental origins of the metabolic syndrome // Trends Endocrinol. Metab. − 2004. − Vol. 15. − P. 183-187.
56. Guarente L., Kenion C. Genetic pathways that regulate ageing in model organisms // Nature. − 2000.− Vol. 51. − No. 6. − P. 887-898.
57. Hanson R.W., Hakini P. Born tu run: the story of the PEPCK-Cmus mouse // Biochimie. − 2008. − Vol. 90. − P. 939-842.
58. Helfand S.L., Inouye S.K. Rejuvenating views of the aging process // Nat. Rev. Genet. − 2002. − Vol. 3. − P. 149-153.
59. Hemminki K., Lorenzo Bermejo J., Forwsi A. The balance between heritable and environmental aetiology of human disease // Nat. Rev. Genet. − 2006. − Vol. 7. − P. 958-965.
60. Holloszy J.O. Longevity of exercising male rats: effect of an antioxidant supplemented diet // Mech. Aging Dev. − 1998. − Vol. 100. − P. 211-219.
61. Hooven T.A., Yamamoto Y., Jeffer W.R. Bing cavefish and heat shock protein chaperones: a novel role HSP9a in lens apoptosis // Int. J. Dev. Biol. −2004. − Vol. 48. − P. 731-738.
62. Jaenish R., Bird A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals // Nat. Genet. − 2003. − Vol. 33. − P. 245-254.
63. Kirkwood T.B. Evolution of aging // Nature. − 1977. − Vol. 270. − P. 301-304.
64. Krishnamurthy J., Torrice C., Ramsey M.R. et al. // Ink4a/Arf expression is a biomarker of aging // J. Clin. Invest. −2004. − Vol. 114. − No. 9. − P. 1299-1833.
65. Le Bourg E., Rattan S.I.S. (Eds). Mild stress and healthy aging. − Springer, 2008.
66. Lee Y.K., Manalo D., Liu A.Y. Heat shock response, heat shock transcript HEAT-tion factor and cell aging // Biol. Signals. − 1996.− Vol. 5. − P. 180-191.
67. Lithgow G.J., White T.M., Melov S., Johnson T.E. Thermotolerance and extended life-span conferred by single-gene mutations and induced by thermal stress // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. − 1995. − Vol. 92. − P. 7540-7544.)
68. Mango S.E. Aging: generations of longevity // Nature. − 2011. − Vol. 479. − P. 302-303.
69. Marin R., Valet J.P., Tanguay R.M. Heat shock induces changes in the expression and binding of ubiquitin in senescent Drosophila melanogaster // Dev. Genet. − 1993. − Vol. 14. − P. 78-86.
70. Medvedev Z.A. On the immortality of the germ line: genetic and biochemical mechanism. A review // Mech. Aging Dev. − 1981. − Vol. 17. − No. 4. −331-359.
71. Michalski A.I., Johnson T.E., Cypser J.R. et al. Heating stress patterns in Caenorhabditis elegans longevity and survivorship // Biogerontology. − 2001. − Vol. 2. − P. 35-44.
72. Nilsson E., Larsen G., Manikkam M., Guerrero-Bosanga C. et al. Environmentally induced epigenetic transgenerational inheritance of ovarian disease // PLoS One. − 2012. − Vol. 7. − No. 4. −e36129.
73. Novaković Ž., Aleksić S., Sretenović L. et al. Longevity of high-yielding cows // Biotechnology in Animal Husbandry. − 2009. − Vol. 25. − No. 5-6. − P. 645-654.
74. Novoseltsev V.N., Novoseltseva J.A., Yashin A.I. A homeostatic model of oxidative damage explains paradoxes observed in earlier aging experiments: a fusion and extension of older theories of aging // Biogerontol. −2001. − Vol. 2. − P. 127-138.
75. Offit K. Personalized medicine: new genomics, old lessons // Hum. Genet. – 2011. – Vol. 130. – No. 1. – P. 3-14.
76. Olshansky S.L., Perry D., Miller R.A., Batler R.N. The longevity dividend // The Scientist. − 2009. − Vol. 20. − No. 3. − P. 28
77. Pang S., Curran S.P. Longevity and the long arm of epigenetics: Acquired parental marks influence lifespan across several generations // Bioessays. − 2012. − Vol. 34. − P. 652-654.
78. Pockey A.G. Heat shock proteins as regulation of the immune response // Lancet. − 2003. − Vol. 362. − P. 469-476.
79. Rasmussen U.F., Krustrup P., Kjaer M., Rasmussen H.N. Human skeletal muscle mitochondrial metabolism in youth and senescence no signs of functional changes in ATP formation and mitochondrial oxidative capacity // Europ. J. Physiol. − 2003. − Vol. 446. − P. 270-278.
80. Rodwell G.E.J., Sonu R., Zahn J.M. et al. A transcriptionsl profile of aging in the human kidney // PLoS Biol. − 2004. − Vol. 2. − No. 12. − P. 2191-2201.
81. Richardson B. Impact of aging on DNA methylation // Aging Res. Rev. − 2003. − Vol. 2. − P. 245-261.
82. Schumacher A., Petronis A. Epigenetics of complex diseases: from general theory to laboratory experiments // Curr. Top. Microbiol. Immunol. − 2006. − Vol. 310. − P. 81-115.
83. Suh P., Melon T., Casio D. et al. Functionally significant insulin-like growth factor I receptor mutations in centenarians // PNAS. − 2008. − Vol. 105. − No. 9. − P. 3438-3442.
84. Tatar M., Khazaeli A.A., Curtsinger J.W. Chaperoning extended life // Nature. − 1997. − Vol. 390. − P. 30.
85. Tzschentke B. Attainment of thermoregulation as affected by environmental factors // Poult. Sci.− 2007. − Vol. 86. − No. 5. − P. 1025-1036.
86. Vaupel J.W. Biodemography of human aging // Nature. − 2010. − Vol. 404. − No. 7288. − P. 536-542.
87. Vaupel J.W., Baudisch A., Dolling M. et al. The case for negative senescence // Theoretical Population Biol. − 2004. − Vol. 65. − P. 339-351.
88. Walter C.A., Walter R.B., McCarrey J.R. Germline genomes − a biological fountain of youth? // Sci. Aging Knowl. Environ. − 2003. − Vol. 20. − No. 8. − P. 4.
89. Waterland R.A., Travisano K.G., Tahiliani K.G., Mirza S. Methyl donor supplementation prevents transgenerational amplification of obesity // Int. J. Obes. (Lond.) − 2008. − Vol. 32. − P. 1373-1379.
90. Wheeler J.G., Bieschke E.T., Tower J. Muscle-specific expression of Drosophila HSP70 in response to aging and oxidative stress // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. − 1995. − Vol. 92. − P. 10408-10412.
91. Welch W.G., Suhan J.P. Cellular and biochemical events in mammalian cells during and after recovery from physiological stress // J. Cell Biol. − 1986. − Vol. 103. − P. 2035-2052.
92. Williams G.C. Pleiotropy, natural selection and the evolution of senescence // Evolution. − 1957. − Vol. 11. − P. 398-411.
93. Zielinska E. How free radicals make us old // The Scientist. − 2008. − Vol. 19. − No. 5. − P. 37.