Czym zajmuje się epigentyka?
Pojęcie epigenetyki zostało po raz pierwszy zastosowane w 1942 roku przez biologa Conrada Waddingtona. Wierzył on, że genetyka reprezentuje niejako statystyczny, niezmienny krajobraz naszego DNA, natomiast epigenetyka jest odzwierciedleniem dynamicznego charakteru poszczególnych genów. 16 lat później do epigenetyki powrócił inny naukowiec – David Nanney – który porównał DNA do biblioteki zawierającej dane na temat wszystkich naszych genów – zarówno statycznych, jak i tych podlegających ekspresji. Jednocześnie przypisał on epigenetyce rolę czynnika decydującego o aktywności lub nieaktywności danego genu. W latach 70-80. XX wieku odkryto ponadto, że ogromne znaczenie dla zmian w genach ma metylacja (proces łączenia się grup metylowych z molekułami DNA).
Obecnie epigenetykę traktuje się jako naukę dotyczącą zmian w funkcjonowaniu genów dziedziczonych mitotycznie (podział komórki na 2 nowe z identycznym materiałem genetycznym, jak komórka matczyna) oraz mejotycznie (podział komórki na 4 nowe, z czego każda wyposażona jest tylko w połowę chromosomów komórki wyjściowej), które nie wiążą się jednocześnie ze zmianami w sekwencji DNA. Epigenetyka to zatem ogniwo łączące genotyp (nasze DNA) z fenotypem – czyli naszymi rzeczywistymi cechami jako żywego organizmu.
Jaki wpływ epigenetyka ma na zdrowie?
Weźmy pod uwagę fakt, że celem każdego gatunku – w tym także gatunku ludzkiego – jest rozmnażanie się i zachowanie ciągłości gatunkowej. Tym samym jest też pewien pośredni cel, bez którego nie zostanie zachowania ciągłość gatunkowa: maksymalne dostosowanie gatunku do warunków zewnętrznych. Przykładowo, jeśli pokolenie rodziców doznało głodu w okresie dzieciństwa, spowodowało to różnego rodzaju niedobory i stres w związku z brakiem pożywienia. Ich potomstwo zostanie wówczas genetycznie dostosowane do tego, aby lepiej reagować na stres oraz lepiej oszczędzać energię. Zależność ta jest poparta wieloma badaniami naukowymi.
Ogromne znaczenie ma życie płodowe
Zmiany epigenetyczne mogą doprowadzić do wyraźnej modyfikacji naszego zdrowia w przyszłości – przybiera to np. postać cukrzycy, nowotworu czy udaru. Szczególne znaczenie ma tutaj okres płodowy, gdyż modyfikacje ekspresji genów u dopiero rozwijającego się płodu stanowią odpowiedź na wszelkie niekorzystne warunki rozwoju – zależność tę potwierdzają badania, w tym m.in. fakt, że dzieci matek, które podczas ciąży miały niedobory różnych składników, mają większe ryzyko zawału serca, cukrzycy i udaru. Do zmian epigenetycznych dochodzi również po narodzinach i trwa to praktycznie przez całe życie człowieka, jednakże ogromny wpływ ma życie prenatalne. Badania sugerują, że stan zdrowia dziecka przez całe życie jest warunkowany zaledwie w 25% przez geny, a w 75% przez tryb życia matki (np. czy pali ona papierosy, jest narażona na stres, nie ma zbilansowanej diety czy odpowiedniej masy ciała. To, jak mocno wpływa żywienie matki w ciąży zyskało miano „programowania żywieniowego we wczesnym okresie życia”.
Istotne jest, aby w ciąży prowadzić bardzo zdrowy tryb życia, a już na etapie planowania ciąży przyjmować odpowiednie suplementy z kwasem foliowym, gdyż jest to kluczowa witamina wspierająca przebieg ciąży.
Geny możemy modyfikować, zmieniając styl życia
Epigenetyka uczy nas, że na nasz stan zdrowia, metabolizm i samopoczucie, w ogromnej mierze wpływa styl życia, czyli dieta, zachowanie, aktywność fizyczna, narażenie na stres, narażenie na szkodliwe substancje chemiczne, narażenie na ostre światło słoneczne lub niedobór światła słonecznego, palenie papierosów, picie alkoholu, stosowanie innych używek, poważniejsze wypadki czy traumy. Naukowcy dysponują coraz to większą liczbą dowodów na to, że powyższe elementy mają znaczący wpływ na naturalne procesy w naszym organizmie – jak np. metylacja DNA czy też ekspresja mikroRNA (mRNA).
Znaczenie epigenetyki potwierdzają ponadto eksperymenty wykonywane na bliźniętach jednojajowych, które posiadają taki sam genotyp. Okazuje się, że po okresie wczesnego dzieciństwa pojawiają się różnice w ekspresji poszczególnych genów. Odnotowuje się także odmienną acetylację histonów i inny poziom ryzyka zachorowania na różne choroby. Dowodzi to temu, że czynniki epigenetyczne mają wpływ na nasze zdrowie i DNA.
Przeżyte traumy a modyfikacja DNA
W 2018 roku naukowcy z Zurychu odkryli, że istnieje związek między przeżyciem traumy a modyfikacjami w ekspresji genów i histonów. Dowiedli, że traumatyczne doświadczenia mogą mieć genetyczne skutki przekazywane dalej – do kolejnych pokoleń. Idąc tym tropem, praktycznie każdy z nas posiada zatem w swoim DNA informacje o traumatycznych przeżyciach przodków. Jednocześnie nie dowiedziono, aby takie traumy wywoływały modyfikacje w samym materiale genetycznym, tylko w histonach i ekspresji genów. Z tych badań płynie następujący wniosek: pozytywne doświadczenia następujące po traumie, mogą odwracać negatywne modyfikacje ekspresji genów, które pojawiły się po silnym stresie. Pozytywne doświadczenia mogą zatem wywierać korzystny wpływ na ekspresję naszych genów i mogą odwrócić negatywne skutki złego stylu życia z przeszłości – które są zapisane w naszych genach.
Jaka nauka płynie z wiedzy o czynnikach epigenetycznych?
Mając na uwadze powyższe, może wyciągnąć jeden ogólny wniosek: unikając negatywnych czynników, możemy poprawić swoje zdrowie i zdrowie kolejnych pokoleń, którym przekażemy materiał genetyczny. Do takich czynników, których warto unikać, należą:
- ekspozycja na substancje, które są szkodliwe,
- ekspozycja na zanieczyszczone powietrze i wodę pitną,
- przewlekły stres,
- ostre światło słoneczne (lub przewlekły niedobór światła).
Ponadto powinno dbać się o włączenie do codzienności jak największej ilości czynników, które mają korzystny wpływ, m.in.:
- zdrowa dieta – zgodna z piramidą żywienia,
- suplementacja niektórych składników, w przypadku niedoborów i braku możliwości dostarczenia ich w diecie (np. witamina D3),
- utrzymywanie kontaktów społecznych: rodzina, przyjaciele,
- praca niewiążąca się ze stresem, przynosząca spełnienie i wystarczające środki do spokojnego życia,
- aktywność fizyczna,
- dbanie o wypoczynek i regenerację,
- posiadanie hobby, aby w wolnym czasie spełniać czas w dobrych emocjach,
- przepracowanie z terapeutą ewentualnych traum, których doznaliśmy,
- pozytywne nastawienie do życia.
Po rodzicach dziedziczymy geny, ale możemy na nie wpływać
Obecnie naukowcy coraz bardziej interesują się tematem epigenetyki, gdyż z wiedzą, której dostarcza ta nauka, można istotnie wpływać nawet na rozwój niektórych chorób. Okazuje się, że geny dziedziczymy po rodzicach, ale poprzez swój styl życia możemy na nie realnie wpływać oraz je aktywować lub wyciszać. Epigenetyka jest niejako drugim kodem.
A co z teorią ewolucji? Karol Darwin twierdził, że ewolucja to proces stopniowy, który zachodzi poprzez eliminację oraz dobór naturalny osobników dla danej populacji. W tej sytuacji mutacje genetyczne matki i ojca są przekazywane do potomstwa, a potomstwo jest bogatsze o wartościowe cechy sprzyjające przetrwaniu. Jednak w tym modelu ewolucji nie uwzględniono czynników środowiskowych – a przecież środowisko ma ogromny wpływ na geny. Już w XIX wieku przyrodnik Jean Baptiste de Lamarck wspomniał o takiej sytuacji, jednak jego założenia nie zostały wzięte pod uwagę. Dzisiaj badacze traktują jego słowa jako uzupełnienie teorii Darwina.
Jedzenie ma wpływ na to, czy rozwinie się choroba
Co ciekawe, badacze sugerują, że flora jelitowa może być jednym z czynników decydujących o tym, czy dany gen, który odziedziczyliśmy, zostanie obudzony, czy nie. Okazuje się, że jedne związki chemiczne znajdujące się w pożywieniu mogą przyczyniać się bowiem do aktywacji genu choroby lub nie. Do takich należą np. antyoksydanty hamujące utlenianie w organizmie – tym samym sprawiają, że gen chorobowy jest chroniony przed wolnymi rodnikami. Inne czynniki również wpływają na mikroflorę jelitową, np. stres, lekarstwa, zanieczyszczenia środowiska czy brak ruchu. Szczególnie groźny jest stres, gdyż wykorzystuje on kortyzol i adrenalinę, a te wzbudzają cały ciąg zakłóceń, jeśli chodzi o przemiany metaboliczne. W efekcie utrwalają się np. przewlekłe zapalenia, zakwaszenie, niedotlenienie oraz wymuszona jest zmiana w odczycie kodu genetycznego. W konsekwencji następuje wzmożona intensywność genów, które są odpowiedzialne np. za otyłość. Zatem otyłość może być dziedziczona, ale na aktywację genu chorobowego mają wpływ uwarunkowania środowiskowe i to, jaki styl życia prowadzimy.
Podobnie jest np. z cukrzycą – to choroba przewlekła wywołana przez dziedziczny lub nabyty niedobór insuliny, która jest produkowana przez trzustkę, co prowadzi do hiperglikemii i wielu powikłań. Przewlekła hiperglikemia wiąże z uszkodzeniem lub zaburzeniami w różnych narządach – zwłaszcza oczu, serca czy nerek. Obecnie coraz więcej uwag poświęca się ocenie wpływu czynników pozagenetycznych na rozwój cukrzycy. W kilku badaniach okazało się, że niedożywienie matki w ciąży może być przyczyną późniejszego rozwoju cukrzycy u dziecka. Potwierdzono także, że zaburzenia w środowisku wewnątrzmacicznym mają wpływ na modyfikacje epigenetyczne i tym samym wpływają na rozwój płodu oraz mogą w przyszłości doprowadzić do wielu chorób nawet wiele lat później – w tym także cukrzycy. Jak zaznacza dr hab. med. Michał Wszoła, chirurg transplantolog, kierownik projektu 3D-biodrukowania bionicznej trzustki:
„Każdego dnia pojawiają się nowe doniesienia na temat roli czynników epigenetycznych, zwłaszcza diety i aktywności fizycznej w nasilaniu występowania chorób cywilizacyjnych, takich jak cukrzyca, choroby nowotworowe czy też powszechne choroby układu naczyniowego. Oprócz wymienionych można zauważyć tendencje wzrostową dotyczącą prowadzonych badań wykazujących wpływ zanieczyszczeń otoczenia. Do tej pory naukowcom z Fundacji Badań i Rozwoju Nauki udało się dowieść, że aktywność poszczególnych genów jest różna w zależności od metody leczenia cukrzycy. W związku z tym w obecnej chwili Magdalena Gomółka przygotowuje plan kontynuacji badań mających na celu ocenę wpływu czynników poza genetycznych oraz aktywności genów na rozwój i przebieg różnych typów cukrzycy.”
Jak widać, epigenetyka interesuje naukowców zajmujących się różnymi dziedzinami: począwszy od nowotworów, po choroby sercowo-naczyniowe czy cukrzycę. Interesują się nią także psychologowie, gdyż sugeruje się, że nawet nasze myśli mogą mieć wpływ na DNA, o czym piszemy poniżej.
Epigenetyka zakłada, że myśli zmieniają DNA
Poza powyższymi czynnikami, wpływ na DNA mają według naukowców nasze myśli – taką hipotezę postawili badacze z Instytutu HearthMath – zajmuje się on badaniami naukowymi nad alternatywnymi metodami leczenia. Wniosek ten wysnuli podczas badania, w którym wykorzystano fragmenty DNA. Umieszczono je w probówkach, a następnie wręczono uczestnikom eksperymentu. W pierwszej fazie badania uczestnicy mieli trzymać probówkę w dłoni i myśleć o samych złych rzeczach, z jakimi mieli w życiu do czynienia. Po oddaniu próbek naukowcy zbadali materiał genetyczny i okazało się, że został on uszkodzony. W drugiej fazie badania uszkodzone DNA z pierwszej fazy ponownie przekazano w probówkach uczestnikom – mieli tym razem myśleć wyłącznie pozytywnie. Okazało się, że DNA zostało naprawione!
Wnioskiem jest to, że nasz genom jest niezmienny, ale my sami możemy za pomocą myśli go zmieniać – wpływać na jego strukturę.
Hipotezę tę uznaje m.in. dr Bruce Lipton zajmujący się fizyką kwantową: zachęca on do pozytywnego myślenia i pozbycia się nawyku ciągłego narzekania czy przewidywania najgorszych scenariuszy. W każdej sytuacji można bowiem zobaczyć dobrą stronę i wykreować pozytywny obraz świata. Powinniśmy także złagodzić czynniki epigenetyczne, na które mamy wpływ, np. unikając stresu, zmieniają dietę na zdrowszą, podejmując aktywność fizyczną i dbając o regenerację. Badacze sugerują nawet, że w przyszłości będziemy mogli tak dopasować styl życia do genów, aby zapobiegać różnym chorobom genetycznym.
Podsumowanie: po co nam epigenetyka?
Epigenetyka to nowa dziedzina nauki i wciąż wzbudza duże nadzieje – zwłaszcza w kwestii zapobiegania różnym chorobom, ponieważ wciąż wiele schorzeń o podłożu genetycznym to duży problem medyczny. Chodzi tutaj szczególnie o choroby cywilizacyjne, takie jak nowotwory, cukrzyca, choroby degeneracyjne (Alzheimer) czy depresja. Przypuszcza się, że wiele z nich ma podłoże epigenetyczne i prowadzi się badania nad lekami, które działałyby pozytywne na epigenom.
W kwestii programowania epigenetycznego jest jeszcze wiele innych ciekawych badań – np. na temat tego, że o aktywności odziedziczonego genu po przodkach decyduje flora jelitowa – a na nią w dużej mierze wpływa to, co jemy. Zatem powiedzenie „jesteś tym, co jesz” nabiera w obliczu epigenetyki nowego znaczenia i nawet określa międzypokoleniową odpowiedzialność (jesteś tym, co jedli przodkowie, a dzieci będą tym, co Ty jesz). Poza odżywianiem na epigenom ma wpływ stres, zanieczyszczenia środowiska i wiele innych czynników.
Jak pisze Nessa Carey w swojej książce The Epigenetics Revolution („Rewolucja epigenetyki”:
„DNA jest jak scenariusz, ale w zależności od reżysera, aktorów i ich zamysłów nawet identyczny scenariusz może być bardzo różnie zrealizowany”.
Tym cytatem zakończymy temat epigenetyki, ale z pewnością w kolejnych artykułach poruszymy go bardziej szczegółowo.
Bibliografia
- Goldberg A.D., Allis C.D., Bernstein E. 2007. Epigenetics: A Landscape Takes Shape. Cell. Vol.128: 635 -638.
- Mendizabal I., Keller T.E., Zeng J., Yi S. V. 2014. Epigenetics and Evolution. Integrative and Comparative Biology. Vol. 54(1):31–42.
- Szyf M. 2013. Lamarck revisited: epigenetic inheritance of ancestral odor fear conditioning. Nature. Vol. 17: 2-4.
- Deans C, Maggert KA. What do you mean, "epigenetic"?. Genetics. 2015;199(4):887-896. doi:10.1534/genetics.114.173492.
- Dupont C, Armant DR, Brenner CA. Epigenetics: definition, mechanisms and clinical perspective. Semin Reprod Med. 2009;27(5):351-357. doi:10.1055/s-0029-1237423.
- Alegría-Torres JA, Baccarelli A, Bollati V. Epigenetics and lifestyle. Epigenomics. 2011;3(3):267-277. doi:10.2217/epi.11.22.
- Mario F. Fraga, Esteban Ballestar et. al., Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins, Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Jul 26; 102(30): 10604–10609.
- Chris Murgatroyd, Yonghe Wu, Yvonne Bockmühl & Dietmar Spengler (2010) Genes learn from stress: How infantile trauma programs us for depression, Epigenetics, 5:3, 194-199.
- Young, L. E. et al. Epigenetic change in IGF2R is associated with fetal overgrowth after sheep embryo culture. Nature Genet. 27, 153–154 (2001).
- Robert Feil, Mario F. Fraga, Epigenetics and the environment: emerging patterns and implications, Nature Reviews 2012, volume 13.
