Zagadki epigenetyki

Zagadki epigenetyki

Rodzice i dziadkowie przekazują nam swoje radości i lęki. Czy dziedziczymy wspomnienia?

Czy prześladują nas lęki, stresy, psychiczne zmory, traumy i koszmary rodziców i dziadków? Czy możemy odczuwać dobroczynne skutki ich radości? Taka myśl wydaje się naukowym nonsensem. A jednak potwierdzają ją wyniki najnowszych badań. Być może nosimy w sobie doświadczenia poprzednich pokoleń.
Zjawisko to wyjaśnia epigenetyka, nauka jeszcze niedawno uważana za domenę ezoteryków i fantastów, obecnie jednak traktowana poważnie. Termin ten znaczy mniej więcej nadgenetyka czy genetyka poboczna.

Genetyka hamuje

Niemiecki neurobiolog Peter Spork, autor wydanej także w Polsce książki „Drugi kod. Epigenetyka, czyli jak możemy sterować własnymi genotypami”, obrazowo wyjaśnia, że gdyby ludzie byli komputerami, ich geny tworzyłyby hardware. Ale istnieje również software, który próbują zrozumieć i odczytać epigenetycy. Badają oni elementy genomu programujące go i określające, który gen będzie użyty, a który pozostanie w uśpieniu. Jeśli ludzie nauczą się sterować tym oprogramowaniem, będą mogli wykorzystać nieograniczony potencjał tkwiący w genach. Jak pisze Peter Spork: „Pierwszy kod, szereg liter genów, nie rozstrzyga o wszystkim. Istnieje bowiem jeszcze jeden biologiczny system informacyjny, któremu każda komórka zawdzięcza wiedzę o tym, skąd pochodzi, co przeżyła i dokąd zmierza. Jest to drugi kod, tak samo ważny jak pierwszy”. To najważniejsza teza epigenetyki.
Ciało ma swoistą pamięć, a tajemnica zdrowia w przypadku znacznej części chorób tkwi nie w materiale genetycznym, lecz w regulacji jego aktywności.
To epigenetyka wyjaśnia, dlaczego bliźnięta jednojajowe, mające przecież identyczne genotypy, często bardzo się różnią charakterem i podatnością na choroby.
Klasyczna genetyka jakby straciła rozpęd. Odczytanie ludzkiego genomu zostało uznane w 2000 r. za triumf i przełom w dziejach nauki, ale do zapowiadanej rewolucji genetycznej nie doszło. Skutki sukcesu okazały się minimalne. Naukowcy musieli przyznać, że bardzo niewiele jest chorób spowodowanych przez defekt jednego tylko czy kilku genów. Prof. Rudolf Jaenisch współpracujący z renomowanym Whitehead Institute for Biomedical Research w Bostonie głosi: „Dekada genetyki dawno już minęła. Teraz znajdujemy się w samym środku dekady epigenetyki. Na tym właśnie obszarze dzieją się najważniejsze i najbardziej sensacyjne wydarzenia w biologii molekularnej”.

Lęk następnych pokoleń

Brian Dias i jego koledzy z Emory University School of Medicine w Atlancie przeprowadzili badania na myszach, a przebieg i wyniki eksperymentu opisali na łamach magazynu „Nature Neuroscience”. Zwierzęta poddano działaniu zapachu przypominającego woń kwiatu wiśni, jednocześnie traktowano gryzonie lekkimi elektrowstrząsami. Po pewnym czasie myszy reagowały na zapach nerwowym zachowaniem i strachem. Dopiero wtedy pozwolono im na rozród. Badacze ze zdumieniem stwierdzili, że także w następnym pokoleniu aromat kwiatu wiśni wywołuje strach myszy. A przecież to pokolenie nie miało przykrych doświadczeń związanych z elektrowstrząsami. Co więcej, wspomnienia stresu związanego z zapachem kwiatu wiśni zostały przekazane mysim wnukom. Naukowcy zadbali przy tym, żeby myszy z trzech generacji nie miały ze sobą kontaktu. Lęk wywołany zapachem kwiatu wiśni był więc wynikiem dziedziczenia.
Okazało się, że w korze mózgowej dwóch następnych pokoleń zwierząt doszło do zmian. Wykształciło się więcej receptorów zwanych M71, odbierających ten zwiastujący niebezpieczeństwo zapach. Badacze dokonali też sztucznego zapłodnienia nasieniem generacji mysich dziadków. Wyhodowane w ten sposób myszki także reagowały lękiem na zapach kwiatu wiśni. W ich mózgach stwierdzono podobne zmiany.
Dociekliwi badacze z Atlanty przeanalizowali pewien gen w mysiej spermie i stwierdzili, że doszło w nim do zmian epigenetycznych. Są to chemiczne modyfikacje liter kodu genetycznego powstające np. poprzez przyłączenie się do nich molekuły zwanej grupą metylową. Działa ona jak swoisty zamek czy rygiel blokujący działanie genów. Gen odpowiedzialny za rozpoznawanie zapachów w generacji mysich dziadków traktowanych elektrowstrząsami i u ich potomstwa niemającego takich doświadczeń był znacznie mniej „nametylowany”.
W ten sposób pamięć o wydarzeniu przekazana została następnej generacji. Nie jest jednak pewne, w jaki sposób informacje o niebezpiecznym zapachu kwiatów wiśni zapisały się w mysiej spermie. Ta kwestia pozostaje tajemnicą, podobnie jak wiele innych zagadnień epigenetyki. Eksperyment na myszach dowodzi, że przynajmniej niektóre doświadczenia i lęki mogą być dziedziczone, że przeżycia i obawy rodziców zmieniają struktury i funkcje systemu nerwowego następnego pokolenia, i to jeszcze przed spłodzeniem potomstwa. Jak często podkreślają naukowcy, człowiek to nie jest duża mysz. Te gryzonie zasadniczo się różnią od homo sapiens. Prawdopodobne jest jednak, że podobne mechanizmy dziedziczenia wspomnień występują także u ludzi. Jeśli się uda wyjaśnić ten problem, zapewne możliwe będzie skuteczne leczenie lęków, fobii, traum i stresów, a może nawet zapobieganie im, np. w przypadku żołnierzy okaleczonych psychicznie na wojnie.
Doświadczenie z Atlanty zdaje się potwierdzać teorię sławnego francuskiego biologa Jeana-Baptiste’a Lamarcka (1744-1829), który doszedł do wniosku, że cechy nabyte mogą być dziedziczone. Żyrafa np. ma tak długą szyję, ponieważ wyciąga ją, aby dosięgnąć liści na wysokich drzewach. Karol Darwin nie uważał tych dociekań za bezsensowne, zwracał nawet uwagę, że kotki, którym amputowano ogon, rodzą pozbawione ogona kocięta. Ale poglądy Lamarcka zostały odrzucone, skompromitował je ostatecznie agronom Trofim Łysenko, faworyt Stalina, prowadzący w Związku Radzieckim absurdalne eksperymenty rolnicze. Obecnie wydaje się, że francuski uczony w pewnym zakresie mógł mieć rację i dziedziczenie pozagenowe rzeczywiście istnieje.

Zaskakujące skutki diety

Jeden z najważniejszych eksperymentów na polu epigenetyki przeprowadzili w 2003 r. Randy Jirtle, onkolog i toksykolog z Duke University w Durham (USA), oraz jego współpracownik Robert Waterland. Badacze zajęli się myszami aguti, dla których ewolucja nie była łaskawa. Aguti są bowiem otyłe i ociężałe, a z wiekiem często zapadają na cukrzycę i choroby nowotworowe. Wyróżniają się też jasnożółtą sierścią, ponieważ odcinek DNA odpowiadający za kolor futerka jest tak zmieniony, że tłumi czarny barwnik. Do tego zakłóca przemianę materii i w konsekwencji gryzonie tyją, a ich system odpornościowy nie potrafi powstrzymać rozwoju tkanek rakowych. Naukowcy postanowili karmić niektóre ciężarne samice aguti pożywieniem aktywizującym grupy metylowe. W karmie znalazły się kwas foliowy, witamina B12, cholina i betaina. Te substancje wprawiają w ruch enzymy „instalujące” grupy metylowe na genie. Inne myszki dostawały zwykły pokarm. Wkrótce ogłoszono sensację naukową: potomstwo obu grup było różnie ubarwione. Zwierzęta na diecie metylacyjnej wydały na świat brązowe, szczupłe i żwawe myszy. Mimo upływu czasu nie tyły one ani nie chorowały częściej niż te z innych gatunków. Samice, którym podawano normalną karmę, urodziły żółte potomstwo. Odziedziczyło ono wszelkie wady aguti. Jednak gryzonie z obu grup zachowały wadliwy gen aguti. Genotyp się nie zmienił. W organizmach zwierząt z brązową sierścią osadziło się za to więcej grup metylowych. Zadziwiające, że tak zasadniczych zmian dokonano wyłącznie przez odpowiedni pokarm dla ciężarnych matek.
Eksperyment ten udowodnił, jak bardzo przyszłość potomstwa zależy od sposobu odżywiania się matki. Rozszczep kręgosłupa, spina bifida, to bardzo poważna wada prowadząca nawet do śmierci. Można jednak jej uniknąć, jeśli ciężarna kobieta otrzymuje odpowiednie ilości kwasu foliowego. W Kandzie i USA prawo nakazuje nawet dodawanie kwasu foliowego do mąki.
Według hipotezy, którą w 2012 r. przedstawili William R. Rice i jego koledzy z amerykańskiego Narodowego Instytutu Syntezy Matematycznej i Biologicznej, homoseksualizm jest powodowany przez dziedziczenie epigenetyczne. U niektórych ludzi seksualne preferencje matki przenoszone są na syna, a ojca na córkę. Dzieje się tak, gdy modyfikacje histonowe, odpowiedzialne za seksualność, które powinny zniknąć z komórek rozrodczych, jakimś sposobem w nich pozostają. Jeśli powyższe założenie jest prawdziwe, tłumaczy to, dlaczego liczba osób homoseksualnych w populacji jest w każdej epoce stabilna.
Epigenetyka kryje jeszcze wiele sekretów. Badacze stoją dopiero u progu wielkiej tajemnicy. Nie można wykluczyć, że jeśli ta nauka się rozwinie, doprowadzi do pokonania traum, stresów i wielu chorób, czyli do przedłużenia ludzkiego życia. Podobne nadzieje wiązano z klasyczną genetyką, ale na razie się nie spełniły. Przyszłość pokaże, czy nadgenetyka rzeczywiście spowoduje ten długo oczekiwany przełom.


DNA nie decyduje o wszystkim
Badanie dotyczące ludzi przeprowadzili genetycy Marcus Pembrey z Londynu i Lars Olov Bygren z uniwersytetu w szwedzkim Umeå wraz z zespołem. Przebadali oni związek między dostępem do pożywienia a śmiertelnością mieszkańców małego szwedzkiego miasta Överkalix w północnej, odludnej części kraju. Podczas srogich zim mieszkańcy tego regionu często cierpieli głód. Poddano analizie informacje na temat 99 osób urodzonych w 1905 r. Okazało się, że dużo osób, których dziadkowie w dzieciństwie jadali do syta, w zaawansowanym wieku zapadło na cukrzycę. Choroba występowała według pewnego wzoru, atakowała tylko mężczyzn. Naukowcy stwierdzili także, że synowie ojców, którzy przed wejściem w wiek dojrzewania odżywiali się niedostatecznie, rzadziej umierali w dzieciństwie. Częściej rozstawali się wcześnie z życiem z różnych przyczyn synowie ojców, którzy przed okresem dojrzewania nie musieli głodować. Zjawisko to nie występuje u córek.
Świadczy to o zmianach epigenetycznych, które dotyczą chromosomów określających płeć. Ze zdobyczy epigenetyki wypływają więc niezwykle ważne wnioski. Geny nie decydują o wszystkim. Nie tylko mamy wpływ na nasze zdrowie fizyczne i psychiczne, ale jesteśmy odpowiedzialni również za nasze dzieci i wnuki. Paleniem i niezdrową dietą szkodzimy nie tylko sobie, ale i przyszłym pokoleniom.


Osobliwe przekaźniki
Zagadkowy drugi kod funkcjonuje za pomocą przekaźników epigenetycznych. Do tej pory badacze zidentyfikowali ich trzy biochemiczne struktury. Pierwsza to tzw. grupy metylowe, które odkładają się bezpośrednio na DNA i blokują poszczególne geny. Druga polega na zmianach chemicznych w proteinach, wokół których owijają się łańcuchy DNA. Trzecia to bardzo krótkie molekuły kwasu rybonukleinowego, mikroRNA, które nie pozwalają na to, aby odczytany już kod genetyczny doprowadził do wyprodukowania przez komórki białek.

Wydanie: 6/2014

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy