Oto łamigłówka.
Bliźnięta jednojajowe mają takie same DNA,
więc dlaczego różnią się od siebie,
nawet cechami mającymi znaczącą komponentę genetyczną?
Na przykład dlaczego jedna z bliźniaczek ma chorobę serca w wieku 55 lat,
a jej siostra biega w maratonach w doskonałej kondycji?
Wiele wspólnego ma z tym spór między genetyką a środowiskiem,
ale głębsza odpowiedź dotyczy epigenetyki.
To badanie interakcji DNA
z wieloma mniejszymi cząsteczkami występującymi w komórkach,
które aktywują lub dezaktywują geny.
Jeśli porówna się DNA do książki kucharskiej,
to te cząsteczki w dużej mierze decydują, co i kiedy zostanie ugotowane.
Nie podejmują świadomych decyzji.
Ważniejsza jest ich obecność i stężenie w komórce.
Jak to działa?
Ekspresja genów w DNA polega na ich odczytaniu i transkrypcji na RNA,
które jest przełożone na język białek przy pomocy rybosomów.
Białka w dużej mierze decydują o cechach i funkcji komórki.
Zmiany epigenetyczne zwiększają lub utrudniają transkrypcję genów.
Najczęstszym mechanizmen, który modyfikuje transkrypcję genów w DNA
lub białka, wokół którego jest owinięte,
są jego chemiczne znakowania.
Zestaw chemicznych znakowań przyczepionych do genomu
danej komórki
nazywa się epigenomem.
Niektóre z nich, jak na przykład grupa metylowa,
hamują ekspresję genów
poprzez rozregulowanie maszynerii służącej transkrypcji
lub mocniejsze zwinięcie DNA,
co uniemożliwia dostęp do niego.
Gen jest obecny, ale wyciszony.
Zwiększenie transkrypcji jest procesem odwrotnym.
Niektóre oznakowania chemiczne rozplątują DNA, ułatwiając transkrypcję,
co zwiększa produkcję powiązanych z nim białek.
Zmiany epigenetyczne potrafią przetrwać podział komórkowy,
czyli wpływają na organizm przez całe życie.
Czasami jest to korzystne.
Zmiany epigenetyczne są częścią rozwoju.
Komórki zarodka zaczynają od jednego wzorcowego genomu.
W trakcie podziału niektóre geny zostają uaktywnione,
a inne zahamowane.
Po pewnym czasie, poprzez reprogramowanie epigenetyczne,
niektóre komórki przekształcają się w komórki serca,
inne w komórki wątroby.
Każda z około 200 rodzajów komórek ciała
ma zasadniczo ten sam genom,
ale różny epigenom.
Epigenom również pośredniczy w trwającym przez całe życie dialogu
między genami a środowiskiem.
Na chemiczne znakowania, które włączają i wyłączają geny,
wpływają takie czynniki jak: dieta,
narażenie na substancje chemiczne,
lekarstwa.
Wynikające z tego epigenetyczne zmiany mogą doprowadzić do choroby.
Na przykład jeśli wyłączą gen, który tworzy białko supresorowe.
Zmiany epigenetyczne wywołane wpływem środowiska są częściowym powodem,
dlaczego życie bliźniąt jednojajowych przebiega zupełnie inaczej.
Kiedy bliźnięta rosną, ich epigenomy się różnicują,
wpływając na proces starzenia się i podatność na choroby.
Nawet doświadczenia społeczne mogą wywołać zmiany epigenetyczne.
W znanym eksperymencie,
w którym szczurze mamy nie opiekowały się dobrze potomstwem,
geny ich dzieci, które pomagają w walce ze stresem, uległy metylacji,
czyli zostały wyłączone.
Może nie skończyło się na jednym pokoleniu.
Większość zmian epigenetycznych znika, gdy powstają komórki jajowe i plemniki.
Chociaż obecnie naukowcy uważają, że niektóre ślady nie znikają,
a epigenetyczne cechy dziedziczy kolejne pokolenie.
Doświadczenia mamy czy taty z dzieciństwa
lub ich decyzje podjęte w wieku dorosłym,
mogły wpłynąć na twój epigenom.
Choć zmiany epigenetyczne są trudno zbywalne,
to niekoniecznie są stałe.
Zrównoważony tryb życia w postaci zdrowej diety,
ćwiczeń
i unikania zanieczyszczeń
może na dłuższą metę przyczynić się do zdrowego epigenomu.
To fascynujący moment do badań.
Naukowcy dopiero zaczynają rozumieć,
jak epigenetyka mogłaby wyjaśnić mechanizmy rozwoju i starzenia się,
jak również przyczyny raka,
chorobę serca,
choroby psychiczne,
uzależnienia
i wiele innych dolegliwości.
W międzyczasie nowe techniki edycji genomu pomagają zidentyfikować,
jakie epigenetyczne zmiany odgrywają rolę w zdrowiu i chorobie.
Kiedy zrozumiemy, jak wpływa na nas epigenom,
wtedy będziemy sami na niego wpływać.