Ką bendro turi mūsų tėvų gyvenimo būdas ir vabzdžių kolonija arba neįtikėtina epigenetika

Ar teko pastebėti, kad tremtyje gyvenusių žmonių vaikai yra smulkesni nei tremties išvengusių?  O gal atkreipėt dėmesį į tai, kad tų pačių tėvų vėlesni vaikai gali atrodyti neatpažįstami, kuomet juos palyginame su ankstyvaisiais? Jei nepastebėjote, tuomet gal kiti pavyzdžiai iš gyvūnų karalystės bus akivaizdesni? Ar susimastėte apie tai, kad skruzdžių motinėlė ir darbininkė turi tuos pačius genus, tačiau atrodo skirtingai? Panašiai ir bičių motinėlė yra kelis kartus stambesnė nei paprastos bitės darbininkės. Tokių kolonijų motinėles gyvena daug ilgiau nei kiti savo rūšies atstovai, o pagrindinė jų funkcija kolonijoje yra dėti kiaušinėlius.  Ką turi bendro mūsų tėvų gyvenimo būdas ir vabzdžių koloniją?

Iš tos pačios genetinės informacijos išsivysto trejetas skirtingai atrodančių organizmų.
Iš tos pačios genetinės informacijos išsivysto trejetas skirtingai atrodančių organizmų.

Kas yra epigenetika? Glaustai ir ūkiškai paaiškinant, epigenetika yra evoliucijos atstovė mažais laiko tarpais. Gyvų organizmų vystymasis bei savybės yra aprašomos ne vien tik genais, bet ir epigenais. Epigenai pasako, kokius iš turimų genų reiktų aktyvuoti, o kokius užmigdyti. Kitaip tariant, ko dabar reiktų ląstelei arba organizmui, o ko nereiktų.

Kitas epigenetikos stebuklas - vikšro virsmas drugeliu.
Kitas epigenetikos stebuklas – vikšro virsmas drugeliu.

Esu jau rašęs apie vieną stambiausių planetos istorijoje lošėjų – evoliuciją. Evoliucija elgiasi kaip lošėjas kazino arba kaip investuotojas biržoje – visi pinigai nėra statomi ant geriausio, o protingai padalijami po „investicinį“ genų portfelį. Staiga pasikeitus sąlygoms, anksčiau buvęs prastu genas tampa tuo, kas išgelbėja rūšį nuo išnykimo. Ir būtent čia svarbūs yra epigenai, nešantys palikuoniams informaciją apie išorines sąlygas, kuriomis gyveno tėvai. Informacija ar tėvai badavo, ar gyveno sočiai, ar buvo daug streso, ar mažai, ar buvo daug mėsos, ar mažai, ar daug vandens, ar ne. Kitaip tariant, tai yra tokie cheminiai markeriai, kurie padeda palikuoniui gimti su optimaliai sukonfigūruotais genais, gimti pasiruošusiam blogiausiam.

Skruzdžių dydis keitėsi priklausomai nuo to, kaip stipriai epigenetika blokavo vieną geną.
Skruzdžių dydis keitėsi priklausomai nuo to, kaip stipriai epigenetika blokavo vieną geną.

Gamta žino keletą būdų, kaip vieną arba kitą geną „išjungti“: per cheminius markerius DNR molekulėje (DNR metilinimas) arba per baltymus supančius DNR molekulę (histonų modifikacija). Geriausia pirmojo būdo demonstracija būtų skruzdės darbininkės dydžio pokytis priklausomai nuo to, kaip stipriai buvo blokuojamas Efgr genas.

DNR metilinimui padidėjus 10 procentų, skruzdžių dydis taip pat pasikeisdavo dešimčia procentų, padidėjus metilinimui 20 procentų, vabzdžių ūgis sureaguodavo taip pat 20 procentų. Mokslininkams pavyko bekeičiant geno išraišką išaugint ir neįtikėtinai mažas ir neįtikėtinai dideles skruzdėles. Šis rezultatas mums sako, kad dabartinių skruzdelių dydis yra sąlygotas epigenetinės informacijos, o pačių vabzdžių dydis gali gana stipriai būti varijuojamas priklausant nuo išorinių sąlygų.

Histonų modifikacija yra kitas epigenetinis mechanizmas, o jo vienas geriausių pavyzdžių būtų vėžys. Epigenetiniai pokyčiai išmuša iš vėžių ląstelės ciklus ir ląstelė pradeda nekontroliuojamai ir eksponentiškai daugintis. Dėl šios priežasties dalis vaistų prieš vėžį bando vėl aktyvuoti epigenetiškai deaktyvuotus antivėžinius genus. Epigenetinių procesų suvokimas padėjo sukurti tokius perspektyvius vaistus kaip vorinostatas, romidepsinas, panobinostatas ir dar daug kitų eksperimentinių vaistų.

Gyvenimo būdas, vartojami narkotikai, alkoholis, prisideda prie epigenetinių pokyčių ląstelėse.
Gyvenimo būdas, vartojami narkotikai, alkoholis, prisideda prie epigenetinių pokyčių ląstelėse.

Jei kalbėsime apie homo sapiens, geriausia epigenetinių pokyčių demonstracija būtų asmenų, kurie vartojo narkotikus, alkoholį, išvaizdos pokyčiai atsiradę dėl epigenetinių pokyčių jų genomuose. Tokie žmonės greičiau sensta, jų ląstelėse išsijungia vieni mechanizmai, o įsijungia kiti. Dėl to vos keli metai palieka nenusakomus pokyčius žmonių išvaizdoje ir jų organizmų funkcijose.

Rūkanti motina sąlygoja epigenetinių pokyčių atsiradimą ne tik savo, bet išnešiojamo vaiko organizmuose.
Rūkanti motina sąlygoja epigenetinių pokyčių atsiradimą ne tik savo, bet išnešiojamo vaiko organizmuose.

Tačiau gerokai svarbiau yra tai, kad tėvų gyvenimo būdas gana stipriai įtakoja ir jų vaikų gyvenimus. Ne šiap sau biologai juokauja, kad epigenetika yra „jūsų tėvų nuodėmingo gyvenimo istorija,“ kurią išgyvena kartu ir vaikai bei anūkai. Rūkančių motinų vaikai išauga mažesnio ūgio, kenčia nuo plaučių funkcijų sutrikimo, dažniau gimsta su įvairiais defektais. Net išaugę iš vaikiško amžiaus jie tebejaučia motinos rūkymo pasekmes: astma, menkesnis atsparumas nikotinui, polinkis vartoti narkotikus. Ir pagrindiniai šių dalykų kaltininkai yra epigenetiniai pokyčiai, perduoti nuo motinos kūdikiui.

Pasaulinė Cezario pjūvių statistika.
Pasaulinė Cezario pjūvių statistika.

Dėl epigenetikos vaikai gimę natūraliai turi pranašumą prieš vaikus gimusius Cezario pjūvio metu. Cezario pjūvis yra kažkas tiek įprasto, jog JAV jis yra neproporcingai dažnai (30%) taikomas net sveikoms ir be problemų gimdyt galinčioms motinoms, o Kinijoje net 46% gimdymų. Europos valstybėse tai nėra tiek populiaru, tačiau anot statistikos apie 19% europiečių pasaulin atkeliauja būtent taip. Anot medikų Cezario pjūvių populiarumas turi tiesiog epidemines proporcijas.

Cezario pjūvis.
Cezario pjūvis pakeičia kūdikio epigenetinę informaciją.

Tuo įdomesnis nesenai mokslininkų atliktas tyrimas, kuriame buvo nustatyta, jog po Cezario pjūvio keičiasi vaiko kamieninių ląstelių epigenai.  Paaiškėjo, kad natūralaus gimdymo metu vaisius patiria stresą ir aktyvuoja imuninę sistemą. Cezario pjūvio metu vaisius nepatiria jokio streso ir epigenai neįjungia visus būtinus apsaugai genus. Dėl šios priežasties Cezario pjūvio metu gimę vaikai dažniau serga imuninės sistemos ligomis – astma, diabetas, viršsvoris ir virškinimo sutrikimai bei kenčia nuo gluteino, riešutų ir kitų alergijų (kaip sakoma, gamtą apgaut galima, bet už tai teks sumokėti).

Raudonųjų khmerų komunistinis režimas buvo vienas pagrindinių bado Kambodžoje 1970 ais kaltininkas.
Raudonųjų khmerų komunistinis režimas buvo vienas pagrindinių bado Kambodžoje 1970 ais kaltininkas.

Dabartinis Kambodžos jaunimas palyginus jį su kitų šalių jaunimu neįtikėtinai dažnai serga II tipo diabetu. Jauni žmonės, kurie įžengia į savo trečią gyvenimo dešimtmetį vis dažniau ir dažniau serga įgijamu antro tipo diabetu. Palyginimui, Jungtinėse Amerikos Valstijose ši amžiaus riba yra apie 54 – 60 gyvenimo metus.

"Bado žiema" ("alkio žiema") buvo šokas Olandijos gyventojams.
„Bado žiema“ („alkio žiema“) buvo šokas Olandijos gyventojams.

Badas gana stipriai prisideda prie epigenetinių pokyčių žmoguje. Europos tautos yra išgyvenusios antrą pasaulinį karą ir joms teko baudauti. Olandijos tyrėjai yra pastebėję panašų efektą tarp gyventojų, kurie išgyveno 1944 – 1945 metais badą, kuomet naciai paskelbė Olandijos blokadą. Tuomet atėjo taip vadinama „alkio žiema„, kuomet gyventojams tekdavo mažiau nei 1 000 kalorijų maisto per dieną.  Danų mokslininkai jau gerokai po karo paėmė išgyvenusių vaikų ir anūkų kraujo mėginius bei nustatė, jog didesnė diabeto rizika, nutukimas, širdies ligos, mažas ūgis, vėžio ir kitų ligų rizika yra tiesiogiai susijusi su epigenetiniais pokyčiais atsiradusiais dėl tėvų arba senelių bado.

Gulago pragaras turėjo irgi prisidėti prie lietuvių tremtinių ir jų palikonių epigenetikos.
Gulago pragaras turėjo irgi prisidėti prie lietuvių tremtinių ir jų palikonių epigenetikos.

Šie tyrimai mums gerai pademonstruoja visa epigenetikos jėgą. Ir, nors Tarybų Sąjungoje genetika buvo „buržuazinis“ mokslas, todėl niekas neatliko Leningrado blokadą išgyvenusiųjų žmonių anūkų bei vaikų epigenetinius tyrimus, Lietuva turi savo liūdną patirtį – tremimus į Sibiro konclagerius bei Gulagą išgyvenusiųjų vaikus bei anūkus, kurie greičiausiai taip pat anksčiau susirgo diabetu bei kitomis ligomis ir kurių gydymas dabar kainuoja visiems mokesčių mokėtojams bei valstybei. Nekalbu apie tai, kad 2001 rugsėjo 11 ataką išgyvenusių motinų vaikai pagal epigenetinius pokyčius buvo artimi Holokausto vaikams. Kitas aspektas, prievarta (fizinė arba seksualinė) palieka žymė net tik moterų psichologijai, tačiau yra epigenetiškai perduodama vaikams.

Vien tik motinos elgesys sąlygoja epigenetinius pokyčius tarp jos vaikų.
Vien tik motinos elgesys sąlygoja epigenetinius pokyčius tarp jos vaikų.

Mokslininkai iš Ziuricho universiteto savo Nature Communications straipsnyje dar platesniu aspektu, nei aš dabar nupasakojau, tyrinėja epiginetikos svarbą gyvų organizmų evoliucijoje. Kadangi žmogaus tyrimai yra gan daug laiko reikalaujantys užsiėmimai, mokslininkai naudoja žmogaus modelį – pelės. Ankstyvoje vaikystėje patirtos traumos dažniausiai sąlygoja psichologinės sveikatos problemas brandoje bei senatvėje (nors jos gali turėt ir teigiamų efektų, kaip geresnė reakcija į stresinę situaciją gyvenime). Kaip minėjau, ankstyvesni tyrimai yra pademonstravę, kad trauminiai efektai gali būt epigenetiškai perduodami kitai kartai. Tačiau naujesni tyrimai, nesenai atsiradę Nature Communications, teigia, jog ne tik neigiami, bet ir teigiami efektai yra perduodami kitai kartai. Ir dar daugiau, ši informacija yra perduodama ne vien tik vaikams, bet ir visiems vėlesniems palikuoniams. Kitaip tariant gan dideliam kiekiui ateities kartų.

Ziuricho universiteto mokslininkai sėkmingai identifikavo mechanizmą, kuris šią informacija perduoda palikuoniams. Mokslininkai patvirtino senesnių tyrimų rezultatus, teigiančius – depresija, antisocialus elgesys, atminties sutrikimai yra perduodami nuo tėvų vaikams būtent epigenetikos dėka. Tačiau tyrėjus nustebino kitas aspektas. Kartu su neigiama informacija palikuoniai gauna ir teigiamos patirties – aktyvuojasi natūralus antidepresantai, tad ūgtelėti apsauga nuo streso, ūgtelėti socialinių hormonų lygis ir t.t. Visa to dėka, palikuoniai geriau reaguoja į stresines situacijas negu jų tėvai. Palikuoniai lengviau suranda optimalias veikos strategijas, labiausiai tinkančias šioje situacijoje. Kitas įdomus aspektas yra tas, jog per epigenetiką, ši informacija nukeliauja ne tik iki tiesioginių palikuonių, bet ir iki anūkų.

Čia skaitytojas gali žiovaudamas pasakyti: „Viskas labai gražu, Orlovai, o kur „bomba“? Kur tas „driokstelėjimas“ dėl kurio aš šiąnakt nemiegosiu, o jei miegosiu, tai sapnuosis epigenetika?“ Čia jau man tenka krapštyti galvą ir mintyse sau ruoštis atsakymą: „Įvairiausių bombų, minų ir „Grad“ raketų ieškokite Rusijos neremiamos DNR buitinių prekių parduotuvėse bei lietuviškame „Stiliaus“ žurnale.“ Tačiau ne! Aš žinau vieną, jei ne „bombą“, tai gerą epigenetinę „granatą.“ Mūsų atmintis gali būti epigenetiškai iš dalies perduodama mūsų vaikams!

Tam tikro kvapo baimė epigenetiškai buvo perduodama palikoniams.
Tam tikro kvapo baimė epigenetiškai buvo perduodama palikoniams.

Mokslininkai sugebėjo pripratint peles bijoti tam tikro kvapo. Tačiau netikėtina yra ne šis faktas, o tai, jog kai kurie pripratintų pelių palikuoniai turėjo tą pačią baimę. Kitaip tariant, atmintis apie bauginantį kvapą buvo per epigenus perduota vaikams. Be abejo, tokių palikuonių procentas buvo mažas, tačiau tai leidžia kalbėt apie tam tikrą efektą. Žmogaus atveju tai reikštų, jog kažkokios mūsų baimės, prisiminimai (greičiausiai pasąmonės) priklauso ne mums, o mūsų tėvams arba net seneliams.

Gana juokinga, kad šį „epigenetinės atminties“ efektą yra pastebėjęs žinomas rusų mokslininkas Ivanas Pavlovas, kuris pripratino pelės prie maisto atsiradimo suskambėjus varpeliui. Ir jei tėvams šį refleksą jis ugdė kasdien skambindamas varpeliui, kuomet duodavo maistą, tėvų palikuonius jis treniruodavo vis rėčiau ir rėčiau, tačiau net proanūkiai išgirdę varpelio garsą puldavo ieškoti narve maisto.

Epigenetiškai gali būti perduodama net motinos meilė, nors dėl šio teiginio mokslininkai gana stipriai nesutaria bei yra gana kritiški tokių tyrimų vertinime, kadangi pernelyg dar daug dalykų lieka neaiškūs.

Dėl vieno tenka sutikti: epigenetika yra nepaprastai įdomi ir „magiška“ biologijos bei sociologijos tyrimų sritis.

1 komentaras

  1. _Kas yra epigenetika? Glaustai ir ūkiškai paaiškinant, epigenetika yra evoliucijos atstovė mažais laiko tarpais. Gyvų organizmų vystymasis bei savybės yra aprašomos ne vien tik genais, bet ir epigenais. Epigenai pasako, kokius iš turimų genų reiktų aktyvuoti, o kokius užmigdyti. Kitaip tariant, ko dabar reiktų ląstelei arba organizmui, o ko nereiktų._

    Čia susidaro toks įspūdis, jog genai (epigenai ir pan.) yra pastoviai ir per daug sureikšminami.
    Genai (epigenai…) glaustai (esmėje) yra tik atmintukai (flešiukai), kuriuose įrašyti tie ar anie „elgsenos šablonai”.
    Ir tas genų sureikšminimas vyksta iki tokio lygio, jog jiems yra priskiriama ir „atmintukų naudotojų“ (ląstelė, Jonas…) funkcija.

    Na, ir moksle dar ilgai nebus kitaip, nes ir tikri mokslininkai (duotu atveju ir blogo autorius) yra sau neginčijamai įsitikinę jog „atmintuko naudotojo“ savybės yra užrašytos tame pačiame „atmintuke“
    ( – atmintukas yra lygus atmintukui ir jo naudotojui /ląstelei, Jonui…/
    – atmintukas yra daugiau už jo naudotoją /genas yra daugiau už Joną/
    – atmintuko naudotojas yra tik atmintuko dalis /Jonas yra geno dalis/
    – atmintukas yra bazinis dalykas, o jo naudotojas yra tik bazinio dalyko detalė /genas yra esmė, o Jonas yra tik jo aprašyta detalė/
    – visos įmanomos žinios apie atmintuko naudotoją yra atmintuke /atmintuke net parašyta kiek kartų Jonas gali parašyti raidę a/
    – …)
    Kaip suprantu taip galima būtų tęsti ir tęsti, bet mokslininkuose „nesukirbės abejonė, ar mokslinis žingeidumas o kaip vystytųsi ta neteisinga/atvirkštinė hipotezė, jei jos eigą ėmus ir pamodeliavus”…

Parašykite komentarą