Olga Woźniak

Ty sam odpowiadasz za to, czy zachorujesz na raka, czy dostaniesz zawału. To ty decydujesz o charakterze i zdrowiu swojego dziecka. Od twojego stylu życia zależy, co, jak i kiedy zadziała (lub nie) w twoim DNA 1 lutego 2008  Ilustracja Mondolithic Studios Jak styl życia zmienia aktywność DNA Istnieje wiele czynników środowiskowych, które wpływają na włączanie i wyłączanie genów w DNA twoim i twoich potomków Synowie mężczyzn, którzy palili papierosy tuż przed momentem dojrzewania płciowego, mają spermę gorszej jakości. Prawdopodobnie nikotyna „poprzestawiała” aktywność genów w chromosomach Y w plemnikach ich ojców palaczy Suplementy diety - niektóre witaminy i mikroelementy mają wpływ na geny budujące nasz układ nerwowy. Mogą także odpowiadać za depresję i inne choroby Stres, którego doświadcza dziecko już po urodzeniu, oraz opieka, jaką otacza je matka, aktywuje lub dezaktywuje geny odpowiadające za rozwój mózgu Zanieczyszczenie powietrza może wpłynąć na aktywność genów, które odpowiadają za rozwój raka płuc Głód w 1944 roku „przestawił” metabolizm potomków duńskich kobiet. Styl życia kobiety spodziewającej się córki wpływa na geny jej i wnuków, bo żeński płód ma już komórki jajowe, z których powstanie następne pokolenie Fast food to dużo kalorii i mało składników odżywczych. Kiedy jadają tak kobiety w ciąży, przestawia to geny ich dzieci, narażając je na otyłość i choroby w dorosłym wieku Geny. Jakie to wygodne! Można było na nie zwalić dosłownie wszystko. Tycie, cukrzycę, niski wzrost, nieśmiałość, iloraz inteligencji, odstające uszy. Zwalniały z odpowiedzialności. Mam takie geny i już. Nic na to nie poradzę. No to was zmartwię (albo ucieszę tych, których przeraża biologiczny determinizm). Koniec tego. Twoje geny mogą się ciebie słuchać. Masz większy, niż ci się wydaje, wpływ na to, który z nich jak zadziała i kiedy. Możesz zrobić porządek (albo bałagan) w swoim DNA. Wolna wola.

Genowe korki
Jak to możliwe? Wydawało się, że nie ma na świecie rzeczy bardziej stałej niż DNA w naszym organizmie. Pół od mamy, pół od taty. I oto taki jestem. Nic się tu nie zmieni.

A jednak. Rewolucję w takim podejściu do rzeczy zawdzięczamy myszom, konkretnie jednemu ich szczepowi mieszkającemu w laboratorium zwanemu aguti*. Od zawsze były żółte, grube i cierpiały na cukrzycę. Takimi stworzyli je naukowcy do sobie tylko znanych celów. Wszystkie kolejne myszy rodzące się z mamy i taty aguti wyglądały i zachowywały się tak samo.

W każdym razie tak było, zanim nie zajął się nimi doktor Randy Jirtle z amerykańskiego Duke University. Właściwie nie zrobił wiele. Zmienił tylko dietę pewnej grupie ciężarnych myszek. Podawał im więcej kwasu foliowego, witamin z grupy B, soli organicznych. Jakie było jego zdumienie, kiedy nagle w laboratoryjnej klatce pojawiały się małe myszki jakby wzięte od innych rodziców: szczuplutkie, zwinne, brązowe. Zdrowe. Wyglądało na to, że w jakiś tajemniczy sposób geny, które z takim mozołem zaszczepiali myszom naukowcy, by wyhodować z nich chorowite spaślaki, nagle przestały działać. Ktoś lub coś je wyłączyło. Co? Metylacja. Pod tą mało przyjaźnie brzmiącą nazwą kryje się reakcja chemiczna polegająca na tym, że do rozmaitych naszych genów może przyczepić się cząsteczka zwana grupą metylową. A kiedy już się przyczepi, działa jak korek. Zatyka gen. Wyłącza go. Dezaktywuje.

Skąd ów korek bierze się w naszym organizmie? Źródeł jest wiele: my sami, jedzenie, picie, toksyny, lekarstwa. Najogólniej mówiąc - środowisko.

Ono wpływa na to, które z naszych genów działają, a które nie. Nasze otoczenie, to, co jemy, gdzie żyjemy, może wpływać na aktywność genów, nie zmieniając przy tym samej struktury DNA. Obrazowo można by to porównać do grania na fortepianie. Mamy stały zestaw klawiszy, ale w zależności od tego, w który z klawiszy uderzymy (uaktywnimy go), a który pozostawimy nietknięty, wydobędziemy z instrumentu bardzo różne melodie. Wirtuozem naszych genów jest metylacja.

Instrukcja do instrukcji
Kiedy w 2003 roku doktor Jirtle razem ze swoimi grubymi myszami dowiedli, że za pomocą czegoś tak banalnego jak dieta ciężarnej matki można wpłynąć na DNA dziecka, świat nauki na chwilę zamarł. A zaraz potem gwałtownie się rozkrzyczał.

To była sensacja. I początek zupełnie nowej nauki - epigenetyki. Od tej chwili zajmować się ona będzie badaniem dziedziczności pozagenowej. Jean Baptiste Lamarck zachichotał w grobie. Dwa wieki temu sformułował teorię-, zgodnie z którą zwierzęta są zdolne do intencjonalnej przemiany swoich ciał, tak aby sprostać wyzwaniom stawianym przez środowisko. Cechy nabyte mają być dziedziczone przez potomstwo. To herezja! - zakrzyczeli Lamarcka genetycy. Dziedziczone mogą być tylko geny! Otóż nie tylko.

O DNA mówi się, że stanowi instrukcję budowy i działania naszego organizmu. Istnieje jednak instrukcja do instrukcji. To epigenom. Informacja o tym, który gen, kiedy i jak ma zostać uaktywniony. Nie ma jednego epigenomu. Każdy z nas ma ich tysiące, a może i miliony. Wszak inne geny (z tego samego kompletu, który mamy w każdej komórce naszego ciała) działają w wątrobie, a inne w mózgu. Inne w nerce, a inne w skórze. Inne włączają się, kiedy jesteśmy młodzi, a inne - kiedy starzy.

Gdy osiem lat temu naukowcy stworzyli mapę naszego genomu, otrąbi-li zwycięstwo. Wiemy, że mamy 3 miliardy par nukleotydów, które składają się na 25 tysięcy genów. Oto przepis na czło-wieka. - Co to za mapa? - drwią dzisiaj epigenetycy. - Jak się za jej pomocą poruszać, skoro nie wiemy, które z dróg są otwarte, a które zamknięte?

Liczy się każdy krok
Dlaczego bliźnięta jednojajowe mające ten sam zestaw genów jednak trochę się od siebie różnią? Na to pytanie odpowiada dziś epigenetyka. Bliźnięta różnią się wtedy, gdy jakąś cześć swego życia spędzają w różnym środowisku. Dotyczy to także macicy. Jedno z dzieci było w życiu płodowym lepiej odżywione.

Włączą się u niego jedne geny, a wyłączą drugie. Trochę inne niż u siostry lub brata. Z czasem różnic będzie więcej. Jedno zachoruje na nadciśnienie, drugie nie. Dlatego że jedno je warzywa i owoce i oddycha świeżym powietrzem, bo mieszka na wsi, a drugie wcina hamburgery i wędzi się w miejskich spalinach. Jedno pali papierosy, drugie nie. A nikotyna i substancje smoliste to bardzo silne metylatory. Pach, pach - powyłączają geny. Niestety, często takie, które odpowiadają za naprawę uszkodzonego DNA. Nie ma naprawy, robi się rak.

To wszystko można jeszcze pojąć. Jednak co zrobić z odkryciem, że nie tylko czynniki biologiczne, ale i psychologiczne mogą wpływać na włączanie się jednych genów, a wyłączanie drugich? Michael Meany, biolog z McGill University, w 2004 roku pokazał na szczurach, że troskliwa opieka matek nad potomstwem wpływa korzystnie na rozwój mózgu dzieci. Są spokojniejsze i mniej podatne na stres. Mama liże małego szczura, a w jego mózgu, ciach! (no może nie tak „ciach” - to dość skomplikowany mechanizm) - włącza to odpowiedni gen i szczurek staje się miłym, spokojnym zwierzątkiem. Nie ma powodów sądzić, że podobne mechanizmy nie działają u ludzi.

OK. Pomyślicie więc - tak samo jak pomyślało wielu naukowców - wiemy, że geny można włączać i wyłączać, to zróbmy z nimi porządek. Powyłączajmy sobie te złe, powłączajmy dobre i gotowe. No ale nie jest to takie proste.

Po pierwsze, nie umiemy jeszcze precyzyjnie celować w konkretny gen. Po drugie, nie wiemy, czy włączenie i wyłączenie czegoś nie wpłynie potem na co innego. Na przykład: podawanie kobietom w ciąży kwasu foliowego i witamin z grupy B przeciwdziała wadom rozwojowym u dzieci. Te substancje to silne metylatory. Coś tam wyłączają w DNA płodu. Tylko co? Pewne geny odpowiadające za wady cewy nerwowej. Ale czy przy tym nie wyłączają genów chroniących przed depresją, alzheimerem, schizofrenią? Za mało wiemy, by na to odpowiedzieć. Badania trwają.

Coraz więcej z nich przynosi dowody na obserwacje, które trudno było wyjaśnić. Dlaczego zielona herbata chroni przed niektórymi nowotworami? Bo substancje w niej zawarte uaktywniają odpowiednie geny, a uciszają inne. Dlaczego po zamachach z 11 września kobiety masowo roniły chłopców? Stres przełącza geny, które decydują o poronieniu płodu męskiego. To strategia ewolucyjna: nie warto inwestować w słabych facetów, którzy są bardziej wymagający w życiu płodowym od dziewczynek. W trudnych czasach lepiej mieć kilku silnych samców i wiele kobiet, których „utrzymanie” mniej kosztuje matczyny organizm.

Dlaczego niedożywione kobiety tak samo jak i te opychające się w ciąży fast foodami mają otyłe dzieci? Fast foody mają dużo kalorii, ale małą wartość odżywczą. Epigenom tak traktowanego dziecka „stroi” jego organizm na trudne czasy, w których brak potrzebnych składników i wszystko, co się zje, trzeba trzymać na zapas. To pomaga w chwilach głodu. W dobrobycie wywołuje chorobę.

I jakkolwiek mało jeszcze wiemy o naturze epigenomu, jedno jest pewne. Nie jesteśmy zombi sterowanymi przez geny. Bardziej lub mniej świadomie manipulujemy swoim DNA. Geny tańczą, jak im się zagra.     
 
Olga Woźniak

Przekrój Nr 05/2008

Paradoks bliźniąt

Poza DNA istnieje jeszcze jeden kod życia. Jego odkrycie to rewolucja w terapii chorób dziedzicznych. I szansa na skuteczną walkę z otyłością, miażdżycą i rakiem.

DNA jest księgą życia, w której zapisane jest wszystko, co istotne dla rozwoju organizmu, również skłonność do najgroźniejszych chorób. Tak jeszcze do niedawna sądzili naukowcy. Koncentrowali się więc na poszukiwaniu genów odpowiedzialnych za określone cechy oraz mutacji powodujących choroby. Od jakiegoś czasu towarzyszy im jednak świadomość, że są przypadki, których nie można wyjaśnić, odwołując się do praw dziedziczenia i genetyki. Na przykład fenomen bliźniąt jednojajowych. Mają identyczny kod genetyczny, tak samo wyglądają, a jednak bywają bardzo różne. Jedno z bliźniąt może być otwarte, ciekawe świata, drugie - zamknięte w sobie. Jedno uzdolnione matematycznie, drugie mające dryg do humanistyki. Nawet choroby dziedziczne, a więc zapisane w genach, nie muszą być dla bliźniąt jednakowym obciążeniem. Zdarza się przecież, że jedno cierpi na schizofrenię czy chorobę dwubiegunową (naprzemienne napady depresji i euforii), a drugie jest zupełnie zdrowe. Tę indywidualną odmienność i skłonności próbowano tłumaczyć wpływem środowiska. Ale przecież bliźnięta zwykle wychowują się w jednym domu, w takich samych warunkach. Jak więc to możliwe, że choć podobne jak dwie krople wody, bywają tak różne?
Trudnych do wyjaśnienia przypadków jest więcej. Czemu niektóre choroby - jak autyzm - częściej dotykają chłopców? Dlaczego część komórek nowotworowych ma prawidłowe DNA? I dlaczego pewne cechy są przekazywane z pokolenia na pokolenie, choć nie są zakodowane genetycznie? Szukając odpowiedzi na te pytania, naukowcy wysunęli hipotezę, że genom nie jest dla organizmu jedynym źródłem biologicznych informacji. Zaczęli więc penetrować otoczenie DNA. Jego blisko dwumetrowy łańcuch nie jest bezładnie splątany, lecz starannie upakowany w jądrze komórki i podtrzymywany przez rozmaite białka. Okazało się, że właśnie w tych białkach - podtrzymujących i oblepiających DNA - ukryty jest odrębny zapis. Dodatkowy kod, który - podobnie jak genetyczny - ma wpływ na nasz rozwój, dziedziczenie oraz powstawanie chorób. Jego rozszyfrowanie to cel, jaki stawia sobie epigenetyka.
Ta nowa dziedzina nauki rozwija się dopiero od pięciu lat. Na razie więcej w niej pytań niż odpowiedzi. Podstawowe brzmiało: dlaczego ważne dla organizmu instrukcje są zapisane na dwa sposoby? Okazało się, że dodatkowy kod natura wymyśliła po to, by wpływać na nasze geny bez uciekania się do ostatecznego wyjścia, jakim są mutacje. Wykryto już wiele sposobów ułatwiających jej sterowanie aktywnością genomu. Jednym z najważniejszych i najlepiej poznanych jest proces zwany metylacją. To biologiczny spektakl, w którym główne role odgrywają DNA oraz cząsteczki złożone z atomu węgla i trzech atomów wodoru, tzw. grupy metylowe. Są one obecne w naszym pożywieniu. Ich źródłem jest na przykład kwas foliowy, betaina czy cholina. Wyspecjalizowane enzymy odrywają grupy metylowe od zjadanych przez nas produktów, a następnie przyłączają do określonych odcinków DNA. Mechanizm nie jest do końca jasny, pewne jest tylko to, że grupy metylowe na łańcuchu DNA tworzą specyficzny kod, który wpływa na pracę genomu. Dieta koryguje ten zapis, ale inne czynniki też mogą na niego oddziaływać. Naukowcy przypuszczają, że dużą rolę w procesach epigenetycznych odgrywa psychika.

W żywej komórce metylacja pełni takie zadanie jak gaz i hamulec w samochodzie. Wycisza albo pobudza poszczególne geny. Jest to szczególnie ważne w okresie rozwoju organizmu. Po zapłodnieniu zarodek składa się z dwóch komórek, a każda jest inaczej "umetylowana". - Jednak w pierwszych dniach po poczęciu niemal wszystkie niegenetyczne zapisy są z nich usuwane, nie wiadomo jak i dlaczego - mówi dr Emma Whitelaw z uniwersytetu w Sydney. - Za to mniej więcej w piątym miesiącu płód wytwarza nowy kod epigenetyczny, dzięki czemu może się prawidłowo rozwijać.
Dieta matki ma ogromny wpływ na przebieg tego przeprogramowania. Od dawna wiadomo, że od tego, co jada kobieta w ciąży, zależy zdrowie jej dziecka. Jak skutecznie składniki diety mogą sterować rozwojem płodu, uświadamia dopiero eksperyment, który dwa lata temu przeprowadził dr Randy Jirtle z Duke University w Durham. Zrobił doświadczenie na myszach, które raz rodzą się żółte, a raz ciemnobrązowe. O kolorze sierści nie decyduje gen odpowiedzialny za barwę futra, lecz sąsiedni - pochodzący od wirusa, który wbudował się w mysi genom w drodze ewolucji albo infekcji (takich obcych, pasożytniczych genów jest dużo także u ludzi). Ów gen pasożyt nie tylko wpływa na kolor sierści, ale także powoduje otyłość, zwiększa ryzyko cukrzycy i raka. Aby sprawdzić, czy uda się go wyciszyć za pomocą diety, dr Jirtle dawał ciężarnym myszom witaminę B12 i kwas foliowy, które są źródłem grup metylowych. Takie karmienie wystarczyło, aby młode myszy miały ciemne futro i nie ujawniały skłonności do otyłości, cukrzycy i raka.

Wyniki tego doświadczenia uznano za kamień milowy w badaniach epigenetycznych. Po raz pierwszy udowodniono bowiem, że za pomocą diety można wyciszać niebezpieczne geny. W dodatku, jak twierdzą naukowcy, jest to możliwe nie tylko u rozwijających się organizmów, ale także na późniejszych etapach życia.
Jest już pewne, że niektóre typy raka
- m.in. jelita grubego, piersi, płuc - mogą powstawać w wyniku zaburzeń metylacji DNA, a nie z powodu zmutowanych genów, jak podejrzewano wcześniej. (Dlatego komórki nowotworowe mają niekiedy prawidłowy kod genetyczny, co tak bardzo dziwiło lekarzy). Odkrycie to daje naukowcom nową broń w walce z rakiem, bo metylacja w przeciwieństwie do mutacji jest procesem odwracalnym. Laboratoria biotechnologiczne już szukają leków, które niczym gumka zetrą niekorzystny epigenetyczny wzór. A następnie pomogą odtworzyć zapisy typowe dla zdrowego organizmu. Takie leczenie, przypominające przeprogramowanie kodu epigenetycznego we wczesnych fazach rozwoju organizmu, może być skuteczne nawet przy najcięższych typach nowotworów. Jean Pierre Issa z Anderson Cancer Center University of Texas podawał swoim pacjentom z zaawansowaną białaczką lek o nazwie decitabine (w Polsce niestosowany), którego działanie polega m.in. na odrywaniu grup metylowych od genomu. - Jeśli lekarstwo zadziała, niszczy aż 99,9 proc. komórek rakowych - twierdzi Issa. Leki zmieniające epigenetyczny program to nadzieja dla najciężej chorych. Ale naukowcy szukają też środków, które będą chronić przed rozwojem także innych chorób cywilizacyjnych. - Metylacja powoduje nadmierne pobudzenie układu odpornościowego, co prowadzi do chorób układu krążenia - mówi prof. Marcin Krotkiewski z The Sahlgrenska Academy at Göteborg University.

- Większość preparatów, które mają zapobiegać rakowi, miażdżycy, chorobom zapalnym i otyłości, zawiera flawonoidy, np. z owoców granatu, zielonej herbaty, ziół - mówi prof. Krotkiewski, który sam pracuje nad lekami przeciw chorobom cywilizacyjnym. O dobroczynnych właściwościach flawonoidów - związków chroniących rośliny przed chorobami - mówiło się od dawna. Dopiero teraz wiadomo, że zapobiegają chorobom, bo mają korzystny wpływ na epigenetyczne procesy związane z metylacją, podobnie jak niektóre składniki diety. Przykładem jest błonnik. W jelitach ulega on fermentacji. - Powstaje kwas masłowy, który wpływając na metylację, zmniejsza ryzyko powstawania różnych typów raka i procesów zapalnych w przewodzie pokarmowym - mówi prof. Krotkiewski.
Z wstępnych obserwacji naukowców wynika, że choroby psychiczne - schizofrenia czy autyzm - również mogą być efektem zaburzeń epigenetycznych. Metylacja kształtuje naszą wrażliwość i odporność psychiczną, twierdzi dr Michael Meaney z McGill University w Montrealu, szef programu badającego związki między zachowaniem, genami i środowiskiem. Naukowcy zaobserwowali u szczurów, że epigenetyczny kod kształtuje się nie tylko przed urodzeniem. W pewnych rejonach mózgu wzory pojawiają się dopiero w pierwszym tygodniu życia. Jak zauważył dr Meaney - w okresie, w którym matka liże swoje dzieci. Spostrzeżenie to pozwoliło mu wysunąć hipotezę, że u szczurów lizanie było sygnałem, który - poprzez specyficzne enzymy - uruchamia metylację w mózgu. Od bliskiej obecności matki zależało zatem, jak jej małe będą w przyszłości reagować na niebezpieczeństwo.
Czy ten mechanizm działa też u ludzi? Jeśli tak, to cała nadzieja w młodych matkach. Naukowcy na razie nie mają pomysłu na epigenetyczną tabletkę, która uod-porniałaby na choroby psychiczne czy stres. Teraz są skupieni na szukaniu środków, które pomogą rozprawić się z chorobami cywilizacyjnymi. Zdaniem prof. Krotkiewskiego preparaty chroniące przed rozwojem raka, miażdżycy czy otyłości będą gotowe do testów już za pięć lat. Sukces jest chyba tuż-tuż.

Jolanta Chyłkiewicz

Newsweek Numer 10/07, strona 70

1

---