Tiskane izdaje
Večina od nas se najbrž spomni iz šole, da je nosilec dednosti deoksiribonukleinska kislina ali na kratko DNK. Veliko se nas verjetno tudi spomni, da so nas učili, da se DNK običajno ne more spreminjati, gene dobimo od svojih staršev in enake prenesemo naprej svojim potomcem, razen seveda v primeru mutacij, sprememb v zaporedju DNK, ki lahko spremenijo naš genetski zapis in nastanejo naključno.
A mutacije, vsaj takšne, ki bi jih lahko opazili kot nepravilnost v razvoju ali delovanja našega telesa, so redke in z mutacijami se naše telo ne more prilagoditi okolju, kajti kot smo rekli, nastajajo povsem naključno. Mutacije so sicer gonilo evolucije, saj se občasno pojavijo tudi takšne, ki nekaterim osebkom omogočijo lažje preživetje v njihovem okolju, zaradi česar se takšne spremembe DNK ohranijo in lahko pripeljejo do nastanka novih vrst. Toda takšne spremembe in nastajanje novih vrst so zelo počasni procesi in ne omogočajo prilagajanja trenutnemu okolju.
Kljub temu pa vemo, da na primer enojajčni dvojčki, čeprav imajo povsem enako DNK, ker so nastali iz enega oplojenega jajčeca, niso povsem enaki. Večino teh razlik sicer lahko pripišemo vplivom okolja, v katerem enojajčni dvojčki odraščajo, a nekatere razlike so takšne, da morajo izhajati iz delovanja genov. To vprašanje je dolgo vznemirjalo znanstvenike, zadnja leta pa smo našli odgovor tudi na to. Odgovor leži v tuji, morda čudni besedi epigenetika. Epigenetika proučuje, kako okolje vpliva na delovanje in aktivnost genov v celicah (človeških, živalskih ali rastlinskih) in predvsem, na kakšen način se ti vplivi okolja lahko prenesejo na naše potomce. Zadnji stavek bi se sicer pred 20 leti marsikomu zdel neumnost, saj smo takrat še trdno verjeli v nespremenljivost DNK. Raziskave v zadnjem času pa so pokazale, da ni čisto tako in da se lahko nekateri vplivi okolja prenesejo tudi na potomce.
Lakota na Nizozemskem
Ene prvih dokazov o vplivih okolja skozi več generacij so pred nekaj leti objavili nizozemski znanstveniki. Tam so imeli pozimi med letoma 1944 in 1945 hudo lakoto. Ženske, ki so bile takrat noseče, so, kar seveda ni presenetljivo, rodile manjše otroke, zaradi pomanjkanja hrane. Presenetljivi pa so bili rezultati raziskave, ki so pokazali, da so tudi hčere, ki so se rodile materam med hudo lakoto, imele manjše otroke. To je eden najbolj znanih primerov epigenetskega urejanja delovanja genov pri ljudeh, ko se je vpliv okolja (lakota) od babic prenesel na vnukinje. Poleg tega, morda najbolj znanega primerau pa so številne druge raziskave, tako pri poskusnih živalih kot pri ljudeh, pokazale, da okolje dejansko lahko vpliva na naš dedni material in da se lahko nekatere prilagoditve okolju, ki nas obdaja, prenašajo skozi več generacij, se pravi, da se dedujejo.
To pomeni precejšnjo revolucijo v našem razumevanju dedovanja, saj je vse od Darwina naprej veljalo, da se živa bitja spreminjamo samo zaradi povsem naključnih mutacij, ne pa zaradi tega, ker bi se naši geni prilagajali okolju. Epigenetika pa je prav to, prilagajanje aktivnosti genov okolju, in to tako, da se lahko takšna sporočila prenašajo tudi na potomce.
A kako se lahko to dogaja, če je, kot smo rekli, zaporedje DNK nespremenljivo? Pri epigenetskih urejanjih dedovanja se ne spreminja zaporedje DNK, se pravi črke, ki nosijo zapis o tem, kako deluje in kakšno je videti naše telo, temveč se spreminja aktivnost posameznih genov. Aktivnost naših genov se ves čas prilagaja okolju, večinoma s hitrimi spremembami v aktivnosti genov; na primer, ko pojemo kosilo, se aktivirajo geni, ki nam povedo, da smo se najedli in lahko končamo z obrokom. Kot so pokazale epigenetske raziskave, pa obstajajo v naših celicah tudi mehanizmi, ki lahko dolgotrajno spremenijo aktivnost naših genov pod vplivom okolja. Za to so celice razvile več različnih načinov, vendar za zdaj kaže, da je najbolj pomembno lepljenje majhnih molekul, tako imenovanih metilnih skupin, na molekulo DNK v območjih, ki urejajo aktivnosti genov in jih imenujemo promotorji. Vplivi iz okolja tako lahko povzročijo, da se v območju DNK, ki ureja aktivnost nekega gena, prilepi več metilnih skupin, zaradi česar bo tak gen manj aktiven. Lahko pa se zgodi tudi obratno, da se zaradi vpliva okolja z območja DNK, ki ureja aktivnost točno določenega gena, metilne skupine odstranijo, zaradi česar bo tak gen bolj aktiven.
Gen za prenos sporočil
Take spremembe se nenehno dogajajo v naših celicah, od takrat, ko smo še čisto majhni zarodki v trebuhu mater, pa do pozne starosti. Do neke mere je na tak način urejeno to, da si celice zapomnijo, del katerega organa so in kaj je njihova naloga v organizmu. Poleg tega narava uporablja ta mehanizem, da si naše telo zapomni nekatere stvari iz našega okolja, in če presodi, da je to potrebno, lahko ta sporočila iz okolja prenesemo tudi na svoje potomce. Pred nekaj leti so našli enega od genov, ki je najverjetneje udeležen pri prenosu sporočil prek generacij pri prej omenjenih Nizozemkah. Pri genu, strokovno imenovanem inzulinu podobni rastni faktor, ki ureja rast, so ugotovili razlike v številu metilnih skupin med ženskami, ki so se rodile v času velike lakote ali takoj po njej, in med njihovimi brati in sestrami, ki so se rodili v obdobju z normalno količino hrane. Pri ženskah, rojenih v obdobju lakote, je na promotorsko območje tega gena prilepljenih več metilnih skupin, zaradi česar je pri njih ta gen manj aktiven, ta vzorec pa so prenesle tudi na svoje potomce.
Zanimivo je, da so ljudje, rojeni v obdobju lakote, sicer manjši, a so v odraslem življenju bolj nagnjeni k debelosti. Tudi to je skoraj zagotovo vpliv epigenetike, razlog pa je najverjetneje to, da se zarodek ob pomanjkanju hrane pripravi na to, da tudi kasneje ne bo dovolj hrane, zaradi česar takšni ljudje energijo iz hrane boljše izkoriščajo in skladiščijo, da bi si zagotovili preživetje ob pričakovanem pomanjkanju hrane. To je seveda dvorezni meč, saj če pomanjkanja hrane ni, bo tak človek bolj nagnjen k debelosti in bo težje ohranjal normalno, zdravo telesno težo, ker bo njegovo telo bolj učinkovito skrbelo za shranjevanje energijskih zalog v obliki maščob.
Vse to se na prvi pogled morda zdi kot nasprotovanje Darwinovi teoriji naključnega izbora. Marsikdo se najbrž spomni učbenika za biologijo, v katerem sta bili dve risbici žiraf: ena je ponazarjala Lamarckovo teorijo, po kateri so žirafe dobile dolg vrat zato, ker so se stegovale po listih na drevesih, druga pa Darwinovo teorijo, po kateri so žirafe pridobile dolg vrat zaradi tega, ker so tiste, ki so se v vsaki generacijo naključno rodile z malo daljšim vratom, lažje preživele. Epigenetika sicer res vrača nekaj kredibilnosti Lamarckovi teoriji o vplivu okolja, vendar pa vsekakor ne nasprotuje darwinizmu. Tako kot genetske mutacije so tudi epigenetske spremembe podvržene naravnemu izboru in omogočajo preživetje najboljšim osebkom neke vrste, poleg tega pa epigenetske spremembe niso trajne spremembe v DNK. Lahko se sicer prenašajo iz generacije v generacijo, vendar se lahko tudi izbrišejo iz genoma in se tako naš genom lahko povrne v prvotno stanje, zaradi česar epigenetske spremembe skoraj zagotovo ne morejo privesti do razvoja nove vrste.
Pomislite na potomce
Celotnega pomena epigenetike, kot tudi mehanizmov, ki vplivajo na epigenetsko urejanje delovanje genov, še ne poznamo, kar ni presenetljivo, glede na to, da sam proces poznamo šele nekaj let. Kljub temu pa so raziskave v zadnjih letih pokazale velik pomen epigenetskega urejanja aktivnosti genov tudi pri ljudeh. Različni škodljivi vplivi iz okolja, ki jih matere ali očetje posredujejo svojim potomcem, kot so debelost, kajenje, stresne situacije in številni drugi, po zadnjih raziskavah lahko škodljivo vplivajo ne samo na naše zdravje, ampak tudi na zdravje naših še nerojenih, celo nezaplojenih potomcev. Zaradi tega bi morali pomisliti, da s škodljivimi razvadami ne škodujemo le sami sebi, ampak morda tudi našim še nerojenim potomcem.
Prof. dr. Gregor Majdič, Fakulteta za veterino Univerze v Ljubljani in Medicinska fakulteta Univerze v Mariboru
