Giới hạn Hayflick: Tại sao con người chỉ có thể sống tới 125 năm?

Giới hạn Hayflick là một lý thuyết y sinh chứng minh tại sao cơ thể con người không thể sống lâu quá 125 tuổi. Trong khi những bản viết tay từ các nền văn hóa khác nhau có lịch sử lâu đời đã dạy chúng ta rằng con người không phải là bất tử, mà tổ tiên của chúng ta đã từng có tuổi thọ hàng trăm năm.

Chúng ta là con người, chúng ta sẽ già đi, tuy nhiên các tế bào của chúng ta thì không như vậy. Nhân loại đã tìm đến các tôn giáo, nền văn hóa và các nguồn lịch sử khác nhau để hiểu thêm về lý do tại sao chúng ta già đi. Khoa học thời điểm đó vẫn không thực sự hiểu rõ về nó, do đó không thể đưa ra lý do đằng sau quá trình lão hóa tự nhiên. Cho đến năm 1961 khi một chuyên gia y sinh - Leonard Hayflick thực hiện một khám phá làm thay đổi thế giới y học mãi mãi.

Leonard Hayflick là ai?

Leonard Hayflick sinh ra tại Philadelphia, Pennsylvania vào ngày 20 tháng 5 năm 1928. Cha mẹ của ông, Edna Hayflick và Nathan Hayflick đều làm việc trong lĩnh vực y tế, đây là một yếu tố tạo nên sự đam mê của Hayflick đối với khoa học và y sinh học. Điều thực sự thúc đẩy ông trở thành một nhà khoa học trong lĩnh vực y tế là vào sinh nhật tròn chín tuổi của mình, chú của Hayflick đã mang cho ông một bộ dụng cụ hóa học làm quà sinh nhật.

Ở tuổi thiếu niên, cha mẹ của Hayflick đã xây cho ông một phòng thí nghiệm sinh học và hóa học nhỏ ở tầng hầm của ngôi nhà. Khi bắt đầu đi học tại trường trung học John Bartram ở Philadelphia, Hayflick tỏ ra am hiểu sâu sắc lĩnh vực hóa học đến nỗi có thể sửa lỗi cho giáo viên hóa học của mình.

Hayflick được cho là bắt đầu theo học tại Đại học Pennsylvania vào năm 1946, nhưng ông đã hoãn việc học để thực hiện nghĩa vụ quân sự. Khi trở về vào năm 1948, ông quay lại tiếp tục việc học của mình. Sau khi tốt nghiệp năm 1951, ông được thuê làm trợ lý nghiên cứu về vi khuẩn học. Mặc dù công việc tốt, nhưng ông lại tỏ ra yêu thích môi trường bên trong Đại học Pennsylvania, đó là lý do tại sao ông quay trở lại đó để học và lấy bằng thạc sĩ. Ngay khi tốt nghiệp, ông đã giành được học bổng tiến sĩ của trường trong chương trình về vi sinh y tế và hóa học. Ông nhận bằng tiến sĩ năm 1956.

Một khám phá tình cờ!

Tại Viện Wistar năm 1958, Hayflick bắt đầu nghiên cứu xem liệu virus có thể gây ung thư ở  người hay không. Đó là lý do tại sao ông quyết định trích xuất các virus được cho là gây ung thư và đặt chúng vào các tế bào khỏe mạnh của người hòng tìm kiếm căn cứ khẳng định. Để làm cho nghiên cứu không bị sai lệch, ông phải sử dụng nhiều mẫu, điều này đồng nghĩa với việc phát triển nhiều tế bào hơn. Làm việc trong quá trình nuôi cấy tế bào, Hayflick nhận thấy có điều gì đó khác thường, một nhóm tế bào già hơn ngừng phân chia và ông không hiểu tại sao điều đó lại xảy ra.

Các tế bào không chết khi chúng tiếp tục trao đổi chất, nhưng chúng sẽ không phân chia nữa. Sau khi xem xét các tế bào nuôi cấy khác, ông nhận thấy rằng  hầu hết chúng sẽ ngừng phân chia khoảng 50 lần nhân đôi dân số tế bào.

Theo những hiểu biết trước đó, tất cả các tế bào của chúng ta liên tục phân chia, đây là một quá trình không thể dừng lại. Tuy nhiên, với thử nghiệm này, Hayflick phát hiện ra rằng sau mỗi lần phân chia, các telomere có thể được tìm thấy ở phần cuối của mỗi nhiễm sắc thể sẽ ngày càng ngắn lại và khi đến cực hạn, các tế bào ngừng phân chia.

Cho đến thời điểm đó, các nhà khoa học tin rằng quá trình lão hóa tự nhiên có liên quan đến nguồn gốc của sự sống, điều mà cho đến ngày nay chúng ta vẫn chưa thể hiểu hoặc lĩnh hội được. Khi phát hiện ra điều này về các tế bào, Hayflick đã ngừng nghiên cứu các tế bào ung thư và tập trung vào lĩnh vực mà ngày nay được gọi là gerontology (nghiên cứu về quá trình lão hóa).

Trong 2 năm nghiên cứu, ông phát hiện ra rằng lão hóa tế bào có liên quan đến tuổi tác của cơ thể con người và đó là lý do tại sao chúng ta chỉ sống được khoảng 125 tuổi. Bài báo của ông được xuất bản vào năm 1961 với tựa đề "Việc nuôi cấy nối tiếp các chủng tế bào lưỡng bội của người". Trong một nghiên cứu khác được thực hiện, ông đã xem xét các tế bào được thu thập từ các bộ phận khác nhau của cơ thể cũng như so sánh các tế bào được thu thập từ người lớn và bào thai.

Kết quả cho thấy rằng các tế bào sẽ phân chia khoảng 40 đến tối đa là 60 lần trước khi dừng lại. Một khi chúng dừng lại, chúng sẽ thoái hóa và chết. Điều tương tự cũng áp dụng cho con người khi họ đến tuổi cao, và đây là nguyên nhân gây ra cái chết tự nhiên. Cơ thể thoái hóa và do đó theo thời gian, chúng ta sẽ chết. Lý thuyết này được mô tả rất tỉ mỉ trong bài báo của ông, khi ông đề cập rằng độ dài của các telomere được trình bày trong các tế bào khác nhau có thể mất ít nhiều thời gian để rút ngắn đến điểm dừng phân chia tế bào.

Ý nghĩa khoa học đằng sau khám phá

Một số tế bào chỉ phân chia 40 lần trước khi chúng dừng lại vì do độ dài của các telomere, điều này cũng chứng tỏ rằng mỗi DNA sẽ có những đặc tính độc đáo riêng biệt. Điều này có nghĩa là lý do tại sao một số người già đi nhanh hơn những người khác, tất cả đều do gen. Khi so sánh tương quan với tuổi của một người, khi tế bào phân chia đến lần thứ 60, điều đó sẽ đồng nghĩa với việc người đó đang ở độ tuổi 125 và do đó, nếu trong gen của họ có chưa telomere dài hơn thì họ sẽ có tuổi thọ lý thuyết cao hơn.

Một tế bào có thể hoàn thành nguyên phân, hoặc nhân đôi và phân chia tế bào, chỉ từ bốn mươi đến sáu mươi lần trước khi trải qua quá trình apoptosis và chết sau đó. Vì cơ thể chúng ta chỉ được tạo thành từ các tế bào, điều này sẽ giải thích tại sao cái chết do tuổi già là một điều hiển nhiên. Ngoài ra, bài báo cho thấy rằng với mỗi lần nhân đôi và phân chia tế bào, bản thân tế bào sẽ trở nên mỏng manh hơn, yếu hơn và kém hiệu quả hơn trong quá trình nguyên phân.

Ở trên, chúng ta có thể thấy nghiên cứu được thực hiện bởi Heyflick vào năm 1961, nơi ông đã cố gắng xem một tế bào có thể nhân đôi và phân chia bao nhiêu lần trong quá trình nuôi cấy tế bào. Khi lần nguyên phân thứ 50 hoàn thành, tế bào sẽ bắt đầu quá trình apoptosis tại đó và dần chết đi.

Đây là một đại diện hoàn hảo cho quá trình lão hóa của con người. Theo thời gian khi chúng ta già đi, cơ thể chúng ta yếu đi, tất cả các giác quan như thị giác, thính giác cũng vậy và quan trọng nhất là quá trình chữa lành vết thương bị chậm lại do các tế bào mất nhiều thời gian hơn để tái tạo. Theo thời gian, mọi thứ sẽ trở nên chậm hơn và khó khăn hơn.