Naukowcy przez wiele dziesięcioleci spierali się o to, co wywiera większy wpływ na człowieka geny (czyli to, co dziedziczymy po rodzicach) czy wychowanie (warunki, jakie nam stworzyli)? Po odkryciu struktury DNA i tego, jak są w nim zapisane informacje dotyczące naszego organizmu, wydawało się, że prawidłowa jest ta pierwsza odpowiedź. Owszem, za jedną cechę, np. wzrost człowieka, odpowiadać może bardzo wiele współdziałających ze sobą genów (w tym przypadku ok. 180!), ale i tak wynikało z tego, że mnóstwo rzeczy - od wyglądu zewnętrznego przez inteligencję po podatność na różne choroby - mamy zakodowane tak głęboko, że praktycznie nie sposób przed tym uciec. Wolną wolę przywróciła nam dopiero dziedzina nauki zwana epigenetyką.

Jej korzenie sięgają początków XIX wieku. Wtedy Jean Baptiste de Lamarck ogłosił swoją wersję teorii ewolucji. Jednym z jej założeń było dziedziczenie cech nabytych - jeśli środowisko wpłynęło jakoś na organizm, to wpływ ten przenosi się na kolejne pokolenia. Np. gdy żyrafa wyciąga szyję, by sięgnąć do wysoko rosnących liści, jej szyja się wskutek tego wydłuża i tak samo wyglądać będzie jej potomstwo. Jednak prace Karola Darwina, a później Gregora Mendla wykazały, że Lamarck się mylił - ewolucję napędzają mutacje w DNA komórek, podlegające później selekcji naturalnej w środowisku i dziedziczeniu przez kolejne pokolenia Przez wiele dziesięcioleci ten dogmat był niepodważalny.

Dopiero w połowie XX wieku pojawiły się pierwsze koncepcje wskazujące na trzeci element, łączący dwa poprzednie. Były nim tzw. czynniki epigenetyczne - chemiczne „dodatki” do DNA powstające pod wpływem środowiska, w którym komórka żyje. Gdybyśmy porównali nasz genom do wielkiej księgi z „przepisem na życie”, te „dodatki” byłyby swoistą cenzurą jej treści. Aby dana komórka pełniła swoją rolę np. w wątrobie, musi zostać odczytana tylko ściśle określona część zawartych w niej genów, a reszta ma pozostać nieaktywna. Decydują o tym właśnie czynniki epigenetyczne. Dzięki nim nasz organizm może też szybko dostosować się do zmian następujących w jego otoczeniu.

Tak jak zbiór wszystkich naszych genów nazywamy genomem, tak wszyscy „przyklejeni” do naszego DNA cenzorzy tworzą epigenom. Nie jest on stały - zmienia się w ciągu całego życia, inaczej wygląda w tkankach zdrowych, a inaczej w chorych. Ważne jest to, że epigenom też podlega dziedziczeniu. Innymi słowy, Lamarck miał trochę racji - warunki, w jakich żyjemy, zmieniają nasz organizm i wpływają na przyszłe pokolenia. Mamy więc dwa uzupełniające się mechanizmy ewolucji. Ta oparta na DNA działa powoli, na przestrzeni wielu pokoleń i setek czy tysięcy lat. Procesy epigenetyczne zachodzą szybciej, pozwalając nam na elastyczne dostosowanie się do zmian zachodzących w środowisku.

 

Jednak błędy są tu równie nieuniknione jak w genetyce. Wiele mutacji DNA jest szkodliwych czy wręcz zabójczych dla organizmu. Dziś wiemy też, że liczne schorzenia - od nowotworów po choroby psychiczne - to wynik nieprawidłowości epigenetycznych. Ale epigenetyka ma też jasną stronę. Zmieniając warunki, w jakich żyjemy - uprawiając sport, przechodząc na dietę, wyprowadzając się z wielkiego miasta itd. - możemy „naprawić” nasz epigenom. A w ten sposób uzyskujemy kontrolę nad losem zapisanym w naszym DNA. Innymi słowy - mamy kontrolę nad swym biologicznym przeznaczeniem!

Epigenetyka w medycynie

Mechanizmy epigenetyczne są już wykorzystywane m.in. w terapii zespołów mielodysplastycznych - chorób układu krwionośnego, które mogą być pierwszym stadium białaczki. Lekarze mogą zastosować w tym przypadku tzw. leki demetylujące, chroniące DNA komórek przed przyczepianiem się do nich niepotrzebnych „dodatków". Możliwe też, że na epigenom wpływa kwas walproinowy, stosowany od dawna w padaczce i chorobie afektywnej dwubiegunowej (zwanej inaczej depresją maniakalną). Kolejne terapie, kierowane zwłaszcza przeciwko nowotworom, są już w fazie badań. Komórki rakowe mają bowiem własny, odmienny od zdrowych tkanek epigenom - jeśli uda się go zmienić, może to doprowadzić do tego, że guz popełni „samobójstwo" i zniknie.

Rodzice rządzą genami

Czuła opieka nad dzieckiem w pierwszym okresie jego życia aktywuje kluczowe dla rozwoju odcinki DNA. Jeśli tego zabraknie, straty, jakie ponosi maluch, są później trudne do odrobienia - mówi prof. Tim Spector, specjalista od epigenetyki.

Monika Maciejewska: Pana ulubiony „materiał badawczy” to bliźnięta. Dlaczego akurat one?

Tim Spector: Ponad 20 lat badałem bliźnięta i starałem się wyjaśniać, jak istotna jest genetyka. Aż w końcu odkryłem, że geny wcale nie determinują naszych losów tak bardzo, jak zakładaliśmy. Bliźnięta jednojajowe to doskonały materiał do badań tego typu. Są one naturalnymi genetycznymi klonami - powstają z jednego zapłodnionego jajeczka, które po mniej więcej trzech dniach dzieli się na dwa, a oba zawierają identyczny zestaw genów. Nic więc dziwnego, że czasem trudno je rozróżnić - wyglądają, śmieją się podobnie.

Ale okazuje się, że wystarczy spojrzeć uważniej, aby się przekonać, iż bliźnięta są bardzo różne.

Właśnie. Mają inny temperament, inne charaktery, zapadają na inne choroby. Nagłówki gazet donoszące, że bliźnięta przeżyły razem kilkadziesiąt lat i zmarły kilka godzin po sobie, są sensacyjne właśnie dlatego, że takie sytuacje zdarzają się niezwykle rzadko. Najczęściej umierają nie tylko w różnym czasie, ale także z różnych powodów. Ten fakt zmienił moje wcześniejsze „genocentryczne” spojrzenie na świat.

 

Jak pan go teraz postrzega?

- Tradycyjnie rozpatrujemy nasz rozwój, życie w kategoriach natury i wychowania (kultury). Przypisujemy nasze cechy i skłonności jednemu z tych dwóch źródeł. Okazuje się jednak, że wychowanie, styl życia, środowisko, w jakim się znajdujemy, mogą wpływać na naturę. Naukę o tym wpływie, który niczym włącznik światła może włączać i wyłączać nasze geny, nazywamy epigenetyką. Popularność genetyki spowodowała, że wielu z nas zaczęło zrzucać winę za swoje problemy na geny. Epigenetyka oddaje nam wolną wolę, poczucie wpływu na swoje życie. Wiedza o tym, że nie jesteśmy zdeterminowani przez genetykę, stawia nam jednak także wyzwania: oznacza koniec wymówek, że otyłość, cukrzyca czy zła kondycja to wina wyłącznie skłonności, które odziedziczyliśmy.

Jak to możliwe, że wpływamy na nasze geny?

- Istnieją związki chemiczne, które mogą włączać i wyłączać poszczególne geny, zmieniając ich wpływ na nas. Wydzielanie tych związków zależy m.in. od naszego stylu życia niektóre aktywują się, kiedy doświadczamy bardzo emocjonujących wydarzeń. Ich działanie może trwać od kilku miesięcy do nawet kilku pokoleń. Dlatego właśnie same geny nie określają naszego przeznaczenia.

Jak udało się to odkryć?

M.in. właśnie dzięki badaniom nad bliźniętami jednojajowymi, które mają dokładnie te same geny w każdej komórce ciała: a jednak ich życie jest różne.

Można więc powiedzieć, że rozdzielanie bliźniąt i adoptowanie ich przez różne rodziny przyczyniło się do rozwoju nauki?

Z naukowego punktu widzenia rzeczywiście było to użyteczne. Mogliśmy lepiej poznać, jak czynniki środowiskowe wpływają na poszczególne geny, jak je aktywują bądź dezaktywują. Rozdzielanie bliskich osób źle jednak świadczy o kondycji społeczeństwa, dlatego unikamy takiego działania. Takich bliźniąt - rozdzielonych po urodzeniu i połączonych w trakcie badań genetyków i epigenetyków - było w sumie ok. 60 par.

Czy ze względu na czynniki epigenetyczne zalecałby pan odbieranie dzieci rodzicom, którzy nie są w stanie zapewnić im właściwych warunków rozwoju, i przenoszenie takich dzieci do wydolnych, opiekuńczych rodzin?

Rozważając jedynie powody naukowe - tak. Badania na zwierzętach wykazały, że dobra, empatyczna matka w pierwszym okresie życia sprzyja aktywowaniu się pożądanych genów. Jeśli takiej osoby zabraknie, straty, jakie ponosi dziecko, są trudne do odrobienia w dorosłym życiu. W badaniach na myszach okazało się jednak, że wystarczy młode przekazać pod opiekę czułej, troskliwej matki, aby aktywować geny związane z empatią. Inaczej potomstwo, które nie otrzymało wystarczającej dawki czułości, wyrasta na neurotyczne i aspołeczne. Przenosząc małe dzieci z rodzin wysokiego ryzyka do dobrze funkcjonujących, prawdopodobnie ograniczylibyśmy przestępczość i inne problemy społeczne. To jednak tylko dywagacje.

 

Z badań na zwierzętach wiemy, że nawet tak podstawowe cechy jak kolor sierści nie do końca zależą od genów.

Wystarczy spojrzeć na zdjęcia sklonowanej kotki Sisi, której wzór futerka nie jest identyczny jak u kotki, od której pobrano komórkę do klonowania. Badania na ludziach wykazały, że wystarczy przebyta w dzieciństwie infekcja, a nie osiągniemy takiego wzrostu, jaki mamy zapisany w genach. Wzrost jest zależny od genetyki w 80 proc., a od epigenetyki - w 20 proc.

Możemy więc przestać obawiać się armii jednakowych klonów, które zaleją nasze ulice?

Możemy stworzyć armię klonów, ale nie będą one tak jednakowe, jak przedstawiają to autorzy filmów science fiction. Nie będą nawet tak podobne do siebie jak bliźnięta jednojajowe.

Geny wpływają na to, jak głosujemy, czy wierzymy w Boga, jaką mamy orientację seksualną, co lubimy jeść. Epigenetyka wskazuje jednak, że na te geny możemy wpływać. Czy to znaczy, że odpowiednio pobudzając i usypiając poszczególne geny, będziemy mogli precyzyjnie sterować rozwojem człowieka?

Teoretycznie tak. Problem w tym, że nie wiemy jeszcze, jak tego dokonać. Nasza wiedza o epigenetyce jest zbyt skromna, abyśmy mogli tak precyzyjnie manipulować genami. Coś już jednak wiemy. Np. to, że ci z nas, którzy odziedziczyli geny otyłości (przede wszystkim gen FTO), mogą je wyłączyć dzięki regularnym ćwiczeniom fizycznym. Są geny, którymi trudniej manipulować niż innymi – to te odpowiadające za transport krwi, oddychanie itp. Najwidoczniej są one zbyt ważne dla naszego przetrwania. Podobnie jest z genami potrzebnymi do wzrostu i rozwoju, czyli tymi aktywnymi w dzieciństwie. To, co przydaje się dorosłym, łatwiej zmienić. Dowodzi tego m.in. fakt, że właściwą pracą możemy zmieniać swój charakter, co widać także w zmieniającej się strukturze mózgu. To bardzo skomplikowany system, ale każdego roku powiększamy naszą wiedzę o tym, jak i na które geny możemy wpływać.

Skutki tego, jak wpływamy na swoje geny, ponosimy nie tylko my sami, ale także nasi potomkowie. Rodzice mają więc wpływ na życie swoich dzieci, zanim w ogóle przyjdzie im do głowy, że chcą te dzieci mieć.

Ponosimy koszty błędów poprzednich pokoleń, ale też korzystamy z ich mądrych decyzji. Niestety, nie wiemy dokładnie, jak bardzo tryb życia naszych rodziców i dziadków odcisnął się na genach, które po nich odziedziczyliśmy. Są takie cechy, np. wspomniana wcześniej otyłość, których występowanie znacznie bardziej zależy od naszych decyzji (ćwiczeń, diety) niż od przekazanych nam genów. Ale są też takie, które nie zależą od nas, lecz mocno nas dotykają. Np. jeśli nasi dziadkowie w młodym wieku palili papierosy, mamy znacznie zwiększone ryzyko zachorowania na raka płuc, nawet jeśli sami nigdy nie paliliśmy i nie byliśmy nawet biernymi palaczami. Popularnością tytoniu dwa pokolenia temu tłumaczy się wysoki współczynnik zachorowań na nowotwór płuc wśród młodych niepalących osób.

Czyli w poszukiwaniu najlepszego ojca czy matki swoich przyszłych dzieci powinniśmy zwracać uwagę nie tylko na ich określony genami wygląd, ale tak-że styl życia ich samych, a nawet ich rodziców i dziadków?

To ma sens. Mam wrażenie, że ludzie robią to instynktownie. Kobiety zwracają uwagę na wysportowanych mężczyzn. A jeśli mężczyzna wygląda na wysportowanego, to prawdopodobnie uprawia sport, co dobrze rokuje dla zdrowia ewentualnego potomstwa.

Jakie zmiany w stylu życia możemy polecić dorosłym, biorąc pod uwagę epigenetykę?

Nauka potwierdza to, co już wiemy, i dodaje dodatkowe zachęty do prowadzenia zdrowego trybu życia. Jeśli zrezygnujemy z palenia, już po trzech miesiącach ponownie aktywują się geny chroniące nas przed nowotworami. Zróżnicowana dieta, bogata w owoce i warzywa, a także ćwiczenia fizyczne i bycie życzliwym dla swoich bliskich będzie korzystne zarówno dla nas, jak i dla całej ludzkości – poprzez wpływ na kolejne pokolenia. Pamiętajmy o tym, aby jak najczęściej tulić dzieci, swoje i cudze. Taka stymulacja genów empatii przyda się im, kiedy będą musiały się nami zająć, gdy sami będziemy już starzy i zniedołężniali.


EPIGENOM - JAK TO DZIAŁA?

Naukowcy wyróżniają kilka mechanizmów epigenetycznych, które wpływają na to, jakie informacje są odczytywane z naszego DNA.

  • Grupy metylowe to molekuły, które przyczepiają się bezpośrednio do nici DNA, blokując dostęp do informacji zapisanych w danym jej fragmencie. Można to porównać do taśmy, którą zaklejamy poszczególne wyrazy czy zdania w książce. Można ją potem usunąć w razie potrzeby.
  • Kod histonowy działa na wyższym poziomie. Histony to cylindryczne białka, na które nawinięta jest nić DNA. Zmieniając swój układ przestrzenny, mogą one ukrywać lub eksponować duże odcinki genomu. Tu dobrą metaforą jest sklejanie ze sobą kartek książki – również odwracalne, bo przecież nieniszczące zapisanej w niej informacji.
  • Świat RNA najtrudniej porównać do czegoś znanego czytelnikom książek. Wyspecjalizowane, krótkie odcinki kwasu rybonukleinowego potrafią przechwycić informację, która została już odczytana z DNA, i zniszczyć ją, zanim na jej podstawie powstanie niepotrzebne w danym momencie białko.