CO CZYNI MNIE MNĄ?

Sekwencja DNA jest naszym przeznaczeniem – czy zastawialiście się kiedyś nad tym stwierdzeniem? Czy rozwój genetyki jest ostatnim krokiem do ostatecznego poznania kim tak naprawdę jesteśmy? Wraz z genetyczną rewolucją XX wieku i szybkim rozwojem technologii świat ogarnęła nadzieja na znalezienie odpowiedzi na powyższe pytania. Zapał ten zaowocował wieloma odkryciami, m.in., dlaczego mamy niebieskie oczy, skąd bierze się albinizm i czy każdy z nas może urodzić się z mukowiscydozą. Wisienką na torcie był trwający aż 10 lat projekt poznania ludzkiego genomu – ponad 3 miliardy cegiełek (tzw. par zasad) definiujących człowieka zarówno jako gatunek, ale też jako jednostkę. Po pewnym czasie jednak euforia opadła i naukowcy zaczęli rozważać możliwość, że odkrywanie genów i powiązywanie ich z cechami, chorobami i zachowaniami jest tylko preludium do ułożenia tej niezwykle skomplikowanej układanki jaką jest Homo sapiens. Jak bowiem wyjaśnimy to, że bliźniaki jednojajowe (posiadające identyczny genom) mogą różnić się fenotypowo i nie zapadać na te same choroby? Albo dlaczego komórki naszego ciała są tak różnorodne chociaż wywodzą się z tej samej zygoty, powstałej wraz z zapłodnieniem? Z odsieczą przychodzi stosunkowo nowa poddziedzina biologii – epigenetyka.

FENOMEN EPIGENETYKI

Epigenetyka zajmuje się zmianami ekspresji genów niewynikającymi bezpośrednio z mutacji sekwencji DNA, które prowadzą do powstania cech dziedziczonych zarówno wewnątrz- jak i między-pokoleniowo. Wyobraźmy sobie ul z pszczołami. W obrębie jednego roju wszystkie pszczoły są identyczne pod względem genetycznym. W jaki więc sposób z tego samego genomu powstają zarówno robotnice, żołnierze jak i królowe? Odpowiedź leży w diecie: larwy otrzymujące pyłek kwiatowy wykształcają się w robotnice, a te, którym podawane jest mleczko pszczele (eng. royal jelly) stają się królowymi. Jak to możliwe?

Tutaj następuje potrzeba wyjaśnienia jakie zjawiska składają się na epigenetyczny fenomen. Najbardziej fascynującym mechanizmem epigenetyki jest metylacja DNA, czyli przyłączanie małego „znacznika” bezpośrednio do nukleotydów (części składowych – A, T, C i G) w ciągu DNA. Modyfikacje histonów są kolejnym bardzo ważnym mechanizmem w epigenetyce. Ale czym są histony? To białka, które pomagają w utrzymaniu prawidłowej struktury przestrzennej naszego DNA. Dodanie „znacznika” do histonu spowoduje miejscowe rozluźnienie struktury DNA, a co za tym idzie, zwiększy możliwość wykorzystania tej części cząsteczki.

CZY MOŻEMY DZIEDZICZYĆ DOŚWIADCZENIE RODZICÓW?

W 2007r. przełom w polu epigenetyki zaskoczył biologiczny świat. Myszy z genem zwanym Agouti, odpowiedzialnym za żółtą barwę, cukrzycę, otyłość i wynikającą z nich szybką śmierć, podczas eksperymentu karmiono pożywieniem będącym źródłem grup metylowych („znaczników”). Ku ogromnemu zaskoczeniu urodzone potomstwo było brązowe, szczupłe, nie chorowało na cukrzycę i żyło bardzo długo. Gen Agouti nadal istniał w ich komórkach, ale został wyciszony poprzez wspomnianą wcześniej metylację. Co więcej, blokada pojawiła się nawet w kolejnym pokoleniu myszy. Wniosek wysnuto jeden – jesteśmy nie tylko tym, co jedli nasi rodzice, ale także nasi dziadkowie. Idąc dalej takim tropem okazuje się, że oprócz jedzenia ogromne znaczenie dla rozwoju przyszłych pokoleń ma to, czy palimy papierosy, często się ruszamy, a nawet czy myślimy pozytywnie. Wszystkie te działania wpływają na zmiany naszego epigenomu. Dzisiaj już wiemy, że DNA nie jest naszym przeznaczeniem, chociaż odgrywa olbrzymią rolę w jego kształtowaniu. Genetyka ładuje broń, ale to epigenetyka pociąga za spust.

EPIGENETYKA A CUKRZYCA

Cukrzyca jest chorobą przewlekłą wywołaną przez dziedziczny lub/i nabyty niedobór insuliny produkowanej przez trzustkę, który prowadzi do wzrostu stężenia glukozy we krwi (hiperglikemii), a tym samym do wielu powikłań. Przewlekła hiperglikemia wiąże się z uszkodzeniem, zaburzeniem czynności i niewydolnością różnych narządów, szczególnie oczu, nerek, nerwów, serca i naczyń krwionośnych. Badania nad cukrzycą są oczkiem w głowie wielu naukowców na świecie. Obecnie coraz większą uwagę poświęca się ocenie wpływu czynników poza genetycznych na rozwój tej choroby cywilizacyjnej. Aby wykazać zależność między czynnikami środowiskowymi i genetycznymi przeprowadzono badania u noworodków z niewielką masą urodzeniową. Postawiono wtedy hipotezę, że niedożywienie matki może być przyczyną późniejszego rozwoju cukrzycy u dzieci. Wyniki tych badań potwierdziły, że zaburzenia w środowisku wewnątrzmacicznym przyczyniają się do powstawania modyfikacji epigenetycznych i wpływają na rozwój płodu. Co ważniejsze, mogą w przyszłości (dalszym rozwoju) doprowadzić do powstania wielu chorób, nawet wiele lat później – w tym cukrzycy.

Każdego dnia pojawiają się nowe doniesienia na temat roli czynników epigenetycznych (zwłaszcza diety i aktywności fizycznej) w nasilaniu występowania chorób cywilizacyjnych takich jak wspomniana cukrzyca oraz choroby nowotworowe czy też bardzo powszechne choroby układu naczyniowego. Oprócz wymienionych powyżej 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. Więcej na temat wszystkich prac Fundacji można znaleźć tutaj.

Artykuł powstał w współpracy z Rzeczpospolitą, w ramach cyklu Oswoić Naukę. Jest to drugi z dwunastu artykułów przybliżający świat nauki. Artykuły będą pojawiać się na łamach gazety raz w miesiącu.

Zobacz również:

Biodrukowanie 3D – żywe części zamienne na życzenie

Czasy, w których obecnie żyjemy charakteryzują się bardzo dynamicznym postępem technologicznym. Współczesna inżynieria nie opiera się już tylko na mechanice i elektronice. Dzięki gwałtownemu rozwojowi nauk biomedycznych doszło do spotkania inżynierii i medycyny; tak powstała inżynieria biomedyczna, a szczególnie inżynieria tkankowa.

Czytaj więcej>

Autor: dr hab. med. Michał Wszoła

Przewodniczący Rady Naukowej Fundacji Badań i Rozwoju Nauki

Chirurg transplantolog, pomysłodawca bionicznej trzustki, autor nowej metody mini inwazyjnego leczenia powikłanej cukrzycy – endoskopowego przeszczepienia wysp trzustkowych pod śluzówkę żołądka oraz współzałożyciel międzynarodowych platform multimedialnych do wymiany wiedzy medycznej medtube.net i medizzy.com.