Photo: Bhaskar Banerji
Epigenetika: Nova znanost samo-emancipacije
Teoretičari »gena kao sudbine« očigledno su zanemarili stogodišnju
znanost o enukleiranim stanicama, međutim ne mogu
zanemariti nova istraživanja koja pobijaju njihovo vjerovanje
u genetski determinizam. Dok je projekt Ljudski genom punio
novinske naslove, skupina znanstvenika inaugurirala je novo,
revolucionarno područje u biologiji zvano epigenetika. Epigenetika,
što doslovno znači »upravljanje iznad genetike«, iz temelja
mijenja naše razumijevanje načina na koji je upravljan život.
[Prav, 2004; Silverman, 2004.] U prošlom desetljeću epigenetska
su istraživanja utvrdila da DNK što se nasljeđuju preko gena nisu
zacementirani pri rođenju. Geni nisu naša sudbina! Utjecaji iz
okoliša, uključujući prehranu, stres i emocije, mogu mijenjati te
gene bez mijenjanja njihovog osnovnog nacrta. A te modifikacije,
epigenetičari su otkrili, mogu se prenositi na buduće generacije
jednako pouzdano kao što se preko dvostruke spirale prenose
nacrti DNK. [Reik i Walter; Surani 2001.]
Nema dvojbe da su epigenetička otkrića zaostajala za genetičkim
otkrićima. Od kraja četrdesetih godina prošlog stoljeća biolozi
su, kako bi proučavali genetske mehanizme, iz jezgre stanice
izolirali DNK. Pri tome su ekstrahirali jezgru iz stanice, otvarali
membranu koja je ovija i odstranjivali njezin kromosomski sadržaj,
čiju jednu polovinu sačinjava DNK, a drugu regulatorni
proteini. U svom žaru da prouče DNK, većina je znanstvenika
odbacila proteine, a sada znamo da je to ekvivalentno bacanju
novca po cesti. Epigenetičari sada skupljaju odbačeno te proučavaju
proteine u kromosoma; za te proteine se ispostavlja da imaju
jednako važnu ulogu u nasljeđivanju kao i DNK.
U kromosomu DNK formira »srce«, a proteini prekrivaju
DNK poput rukava. Kada su geni prekriveni, njihove informacije
se ne mogu »čitati«. Zamislite svoju golu ruku kao komad
DNK što predstavlja gen koji kodira vaše plave oči. U jezgri je taj
segment DNK prekriven vezanim regulatornim proteinima, koji
prekrivaju vaš gen za plave oči poput rukava košulje te onemogućavaju
njegovo čitanje.
Kako se taj rukav svlači? Treba vam signal iz okoliša koji
će proteinski »rukav« potaknuti da promijeni oblik, to jest da se odvoji
od dvostruke spirale DNK i omogući čitanje gena. Jednom
kada je DNK otkriven, stanica radi kopiju izloženog gena. To
rezultira time da je aktivnost gena »upravljana« prisutnošću ili
odsutnošću »omotnih proteina« kojima, sa svoje strane, upravljaju
signali iz okoliša.
Priča o epigenetskoj kontroli priča je o tome kako signali
iz okoliša upravljaju aktivnošću gena. Sada je jasno da je ranije
opisan dijagram primata DNK zastario. Revidirana shema toka
informacija sada bi se trebala zvati »Primat okoliša«. Novi, sofisticiraniji
tok informacija u biologiji počinje sa signalom iz okoliša,
zatim ide do regulatornog proteina i tek tada do DNK, RNK i
krajnjeg rezultata - proteina.
Znanost o epigenetici također je objasnila da postoje dva
mehanizma pomoću kojih organizmi prenose nasljedne informacije.
Ta dva mehanizma znanstvenicima pružaju način da
proučavaju kako doprinos prirode (gena) tako i doprinos odgoja
(epigenetskih mehanizama) u ljudskom ponašanju. Usredotočite
li se isključivo na nacrte, kao što su znanstvenici činili desetljećima,
nemoguće je dokučiti utjecaj okoliša. [Dennis, 2003; Chakravarti
i Little, 2003.]
Izložimo jednu analogiju koja će, nadajmo se, odnos između
epigenetskih i genetskih mehanizama učiniti jasnijim. Jeste li
dovoljno stari da se prisjetite dana kada je televizijski program
završavao poslije ponoći? Nakon što bi uobičajeni program bio
odjavljen, na ekranu bi se pojavio »testni uzorak«. Većina testnih
uzoraka izgledali su poput mete za pikado s okruglim središtem...
Predočite si uzorak testnog ekrana kao uzorak kodiran
određenim genom, recimo genom za smeđe oči. Brojčanici i prekidači
na televizoru »podešavaju« testni ekran, omogućavajući
vam da ga uključite i isključite te modulirate niz karakteristika,
uključujući boju, nijanse, kontrast, svjetlinu te vertikalu i hori-
zontalu. Usklađivanjem brojčanika možete promijeniti izgled
uzorka na ekranu pri čemu u stvari ne mijenjate izvorni, emitirani
uzorak. Upravo to je uloga regulatornih proteina. Istraživanja
sinteze proteina pokazuju da epigenetički »brojčanici« mogu iz
istog genskog nacrta stvoriti dvije tisuće ili više varijacija proteina.
(Beay, 2003; Schmuker, et al., 2000.)
Roditeljska životna iskustva oblikuju
genetski karakter djece
Sada znamo da se podešavanje pod utjecajem okoliša, opisano
u prethodnom odlomku, može prenositi s generacije na
generaciju. Prekretnička studija Sveučilišta Duke objavljena u
časopisu Molecular and Cellular Biology (Molekularna i stanična
biologija) od 1. kolovoza 2003. godine pokazala je da obogaćeni
okoliš može nadvladati genetske mutacije kod miša. [Waterland
i Jirtle, 2003.] U toj studiji znanstvenici su promatrali djelovanje
dijetalnih dodataka na skotnog miša s abnormalnim genom
»aguti«. Aguti miševi imaju žutu dlaku i ekstremno su gojazni, što
ih čini sklonim kardiovaskularnim bolestima, dijabetesu i raku.
U eksperimentu jedna skupina žutih, gojaznih aguti majki
prima dodatke prehrani bogate metilnom skupinom kakvi su
dostupni u trgovinama zdravom hranom: folnu kiselinu, vitamin
B12, betain i kolin. Dodaci obogaćeni metilom izabrani su zato
što je niz studija pokazao da je metilna kemijska skupina uključena
u epigenetske modifikacije. Kada se metilna skupina spoji na
DNK gena ona mijenja vezivne karakteristike regulatornih kromosomskih
proteina. Ukoliko se proteini vežu za gen prečvrsto,
proteinski rukav ne može se ukloniti i gen se ne može očitati.
Metilacija DNK može prigušiti ili modificirati gensku aktivnost.
Ovoga puta naslovi »Prehrana jača od gena« bili su točni
Majke koje su dobile dodatke s metilnom skupinom okotile su
standardne, smeđe miševe normalne težine premda je njihovo
potomstvo imalo iste aguti gene kao i njihove majke. Aguti majke
koje nisu dobile dodatke okotile su žute mišiće koji su jeli mnogo
više od smeđih mišića. Žuti mišići ubrzo su težili gotovo dva puta
više od svojih mršavih, »pseudo-aguti« pandana.
Fotografija koju su napravili istraživači sa Sveučilišta je zapanjujuća.
Iako su dva miša genetički identična, njihov izgled
radikalno je različit: jedan je normalne težine i smeđ, a drugi je
debeo i žut. Ono što na slici ne možete vidjeti je da žuti miš ima
dijabetes, dok je njegov genetski pandan zdrav.
Druga istraživanja otkrila su da su epigenetski mehanizmi
činitelj u cijelom nizu bolesti, uključujući rak, bolesti srca i krvožilnog
sustava te dijabetes. U stvari, svega pet posto pacijenata
koji boluju od raka ili bolesti srca i krvožilnog sustava svoju bolest
mogu pripisati naslijeđu. [Willet 2002.] Premda mediji dižu veliku
galamu oko otkrića gena BRCA1 i BRCA2 koji uzrokuju rak
dojke, propustili su naglasiti da do devedeset i pet posto slučajeva
raka dojke ne dolazi uslijed naslijeđenih gena. Maligna tkiva kod
velikog broja pacijenata oboljelih od raka potječu od promjena
induciranih iz okoliša, a ne manjkavih gena.[Kling, 2003; Jones,
2001; Seppa, 2000; Baylin, 1997.]
...
U svom vlastitom laboratorijskom radu opetovano sam
uočavao učinak što ga je promijenjeni okoliš imao na stanice.
Međutim, tek mi je na kraju istraživačke karijere, na Stanfordu,
poruka postala dokraja jasna. Opazio sam da su endotelijalne
stanice, stanice u unutrašnjoj stjenci krvnih žila koje sam proučavao,
mijenjale svoju strukturu i funkcioniranje ovisno o okolišu.
Kada sam, na primjer, u kulturu stanica dodao kemikalije
koje uzrokuju upalu, stanice bi brzo postale ekvivalent makrofagima,
smetlarima imunološkog sustava. Ono što mi je također
bilo uzbudljivo je da su se stanice preobražavale i kada bih gama
zrakama uništio njihovu DNK. Te endotelijalne stanice bile su
»funkcionalno enukleirane« no ipak su u potpunosti mijenjale
svoje ponašanje u odgovoru na upalna sredstva, jednako kao što
su to činile kada je jezgra bila nedirnuta. Te stanice jasno su mi
ukazivale na određenu »inteligentnu« kontrolu u odsutnosti svojih
gena. [Lipton 1991.]
Dvadeset godina nakon što mi je mentor Irv Konigsberg
dao savjet da kada su stanice bolesne najprije pregledam okoliš,
naposljetku sam shvatio. DNK ne upravlja biologijom, a sama
jezgra nije mozak stanice. Jednako kao vas i mene, stanice formira
mjesto na kojem žive. Drugim riječima, stvar je u okolišu,
glupane.
