Epigenetyka - czym jest i czym się zajmuje

Epigenetyka zajmuje się badaniem zmian zachodzących w genach. Obejmuje wszystkie czynniki, które wpływają na nasze DNA - także te, które mogą podlegać dziedziczeniu lub powstają na skutek zewnętrznych modyfikacji. Obecnie uważa się ją za jedną z najważniejszych nauk biologii molekularnej, ponieważ pozwala odkryć zależności pomiędzy naszym DNA a czynnikami środowiskowymi.

Choć jest to nowy termin, zalążki tej nauki były znane już w starożytności. Wówczas posługiwano się pojęciem "epigeneza". Prekursorem tej myśli był Arystoteles, który stworzył koncepcję rozwoju prenatalnego i wysnuł teorię, że zarodek formuje się z niezróżnicowanego materiału.

Historia epigenetyki

Tezę tę potwierdził w XVII wieku lekarz i fizjolog William Harvey, ale pojęcie "epigenezy" stworzył dopierow XVIII wieku Caspar Friedrich Wolff podczas badania kurzych embrionów.

Epigenetyka zakłada więc, że organizm tworzy się z nieokreślonej masy poprzez różnicowanie i formowanie się. Teza ta stała w opozycji do innej funkcjonującej wówczas teorii, która zakładała, że w nasieniu lub jajku od samego początku znajduje się uformowany organizm, który jedynie powiększa się wraz z upływem czasu.

Epigenetyka udowadnia, że na nasz materiał genetyczny mają wpływ także czynniki zewnętrzne, w związku z czym może się on zmieniać. Tak zwane znaczniki molekularne, które są dołączanie do nici DNA mogą wpłynąć na kształt danego genu. Co ciekawe, modyfikacje nie zmieniają struktury całego DNA, a więc nie są uznawane za mutacje genetyczne. Nie są zatem nieodwracalne, ale mogą zmieniać się w dowolnym stopniu w ciągu całego życia.

Każda komórka posiada swoje charakterystyczne znaczniki molekularne, dzięki temu każda z nich ma własną ekspresję genów. Taki zbiór znaczników nazywany jest epigenomem.

Do tej pory najlepiej opracowaną i poznaną modyfikacją jest metylacja i demetylacja DNA. Polega to odpowiednio na przyłączeniu lub odłączeniu grupy metylowej do cytozyny, czyli związku, który wchodzi w skład DNA.

Modyfikacjom ulegają także histony, czyli białka, na które nawinięta jest nić DNA.

Istnieją także nietypowe modyfikacje, które zdarzają się rzadziej. Są to tzw. niekodujące cząsteczi RNA, które mogą regulować ekspresję genów poprzez blokowani powstawania białek.

Rola modyfikacji epigenetycznych

Zadaniem modyfikacji genetycznych jest przede wszystkim wzmacnianie lub wyciszanie ekspresji genów oraz kontrola wszystkich komórek.

Odpowiadają także za rozwój na etapie embrionalnym, dodatkowo regulują kondensację chromatyny, np. poprzez inaktywację chromosomu X.

Rolę modyfikacji epigenetycznych widać doskonale u pszczół - królowa jest matką wszystkich pozostałych osobników, a więc każda z pszczół ma taką samą strukturę DNA, jednak same w sobie znacznie się od siebie różnią.

Królowa jest największa, robotnice małe i łagodne, natomiast pszczoły-żołnierze nieco większe i bardziej agresywne.

Podobnie jest także u wszystkich zwierząt, w tym także ludzi. Modyfikacje genów wpływają na to, jaki będzie los konkretnych komórek - czy staną się one częścią układu nerwowego, czy może błon śluzowych.

Jak się okazuje, dieta może mieć wpływ na rozwój modyfikacji genetycznych już na etapie prenatalnym, dlatego bardzo ważne jest to, co je przyszła mama.

Kluczowe znaczenie odgrywają zawarte w pożywieniu substancje bioaktywne. U niektórych ssaków określone cechy wyglądu są wyrazem konkretnych zmian genetycznych.

Dieta może mieć bezpośrednie przełożenie na wszelkie konsekwencje zdrowotne. Jedzenie określonych produktów może np. wpływać na komórki jelitowe - pozytywnie bądź negatywnie.

Także nadmierna produkcja kortyzolu może mieć wpływ na modyfikacje genetyczne. W związku z tym chroniczny stres może być przyczyną takich konsekwencji zdrowotnych, jak choroby psychiczne.

Badania potwierdzają, że pacjenci, którzy cierpią na zaburzenia lękowe, depresyjne, nerwicę czy stres pourazowy, mają zmniejszoną metylację DNA. Może być to przekazywane kolejnym pokoleniom (wówczas mówi się o tym dziedziczność pozagenowa), dlatego właśnie zwykle choroby psychiczne są dziedziczone u kolejnych członków rodziny.

Modyfikacje genetyczne mogą być także nieprawidłowe. Jeśli dochodzi do błędów, np. wyciszenia ekspresji niewłaściwego genu, może to mieć pewne konsekwencje zdrowotne - bardziej lub mniej poważne.

Wiele modyfikacji epigenetycznych może przyczynić się do rozwoju takich schorzeń jak autyzm i schizofrenia, zwiększają ryzyko wystąpienia depresji i tzw. chorób neurodegeneracyjnych, a także mogą wywołać zaburzenia sercowo-naczyniowe, alergie oraz choroby autoimmunologiczne.

Spora część tych zmian zachodzi jeszcze na etapie życia płodowego, dlatego właśnie tak ważna jest dieta przyszłych mam. Istnieje nawet specjalna, osobna dziedzina nauki o żywieniu i jego wpływie na modyfikacje genetyczne. Jest to nutrigenomika.