Antrojo pasaulinio karo pabaigoje vieną žiemą Olandijoje įsivyravo badas. Tai paveikė visus gyventojus, ypač nėščias moteris. Vėlesnių tyrimų rezultatai parodė, kad po bado gimusiems asmenims buvo būdingas didesnis polinkis į tam tikras ligas, įskaitant šizofreniją, jautrumą stresui ir nutukimą. Ši Olandijos tautos patirtis negalėjo būti perduota genetiškai, tad kas lėmė, kad maisto nepriteklių patyrusiųjų giminaičiai po karo vis dar jautė bado pasekmes? Atsakymas – tai lėmė kažkas aukščiau už genetiką – epigenetika.
Harmoningas genų orkestras
Lengviau suprasti, kas yra toji aukštesnė genetikos forma epigenetika, gali padėti dar du klasikiniai pavyzdžiai.
Įsivaizduokite savo pažįstamus monozigotinius (tuos, kurie išsivystė iš vienos apvaisintos kiaušialąstės) dvynius. Nors jų išvaizda tokia pati, jų charakterio savybės, elgesys, pomėgiai, mąstymas ar net senatvė gali stipriai skirtis. Kaip taip gali būti? Juk jei pažvelgtume į molekulinį lygį, pamatytume, kad jų DNR identiška?
Be to, šiandien mus sudaro apie 30–40 trilijonų ląstelių. Ir, kaip minėta anksčiau, kiekvienoje jų rastume lygiai tokius pačius genus. Tačiau juk žmogus – be galo kompleksinis organizmas. Turime skirtingus organus, negana to – jie atlieka skirtingas funkcijas. Kodėl?
„Visa tai nulemia epigenetiniai procesai, – LRT.lt pasakoja Vilniaus universiteto biochemikė dr. Miglė Tomkuvienė. – Turime prisiminti, kad kiekvienoje mūsų ląstelėje vis tiek yra visas genomas.
Tačiau vieni genai yra tie, kurie reikalingi visose ląstelėse, tai jie ir būna aktyvūs visose. O kai kurie genai, pavyzdžiui, reikalingi tik smegenų ląstelėms, yra aktyvūs tik smegenų ląstelėse, kiti, reikalingi širdžiai, aktyvūs tik širdyje.“
Taigi, kiekvienoje mūsų ląstelėje yra apie 20 tūkst. tų pačių genų, tačiau tai tikrai nereiškia, kad visi jie veiks vienu metu. Pasak dr. M. Tomkuvienės, visą gyvenimą mūsų organizme vyksta harmoningas genų orkestro koncertas. Tam tikri genai išjungiami ir įjungiami tam, kad vystytųsi ir veiktų skirtingi organai, kiti – kad sugebėtume prisitaikyti prie aplinkos.
Muzikos kūrėjas
Jei genų veikimas – tai orkestras, kas kuria jo muziką? Kas sugalvoja, kad tam tikru metu smuikai turėtų nutilti ir galėtų pasigirsti arfos?
Pasak ekspertės, dalis to yra iš anksto mumyse užprogramuota – taip vystosi organai. Kitą dalį šio proceso lemia aplinka ir mūsų gyvenimo pasirinkimai, todėl dvyniai gyvenimo eigoje pradeda skirtis.
„Mokslininkai yra sudarę sąrašą, kas daro įtaką epigenetikai, ten svarbu viskas, kaip mes gyvename: maistas, miego kiekis ir kokybė, vartojami vaistai, socialiniai ryšiai, psichologinė būsena, fizinė veikla. Pastaroji ypač svarbi – skirtingi genai aktyvuojasi, kai esame ramybės būsenos ir kai sportuojame. Be to, genų reguliavimo procesą veikia ir stresas. Taip pat – rūkymas, alkoholio vartojimas“, – vardija Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) mokslininkė.
Prastas maistas – nebus natų
Svarbu suvokti, kad aplinka ir pasirinkimai ne visada teigiamai veikia mūsų genų reguliavimą ir dėl to atsiranda ligos. Šiandien jau yra įrodyta epigenetikos sąsaja su širdies ir kraujagyslių ligomis, vėžiu, neurologiniais ir neurodegeneraciniais sutrikimais.
Visgi gali kilti klausimas – kaip, pavyzdžiui, maistas veikia genų orkestrą? Juk atrodo, kad pagrindinis jo tikslas yra suteikti mums maistinių medžiagų?
Iš tiesų taip ir yra, tik retai susimąstome, kad vakarienės metu gautos maistinės medžiagos ir vitaminai panaudojami molekuliniu lygmeniu vykstantiems procesams, kurių vienas ir yra epigenetinė reguliacija.
Pastaroji negalėtų vykti be dviejų veiksnių – specialių cheminių žymių, kurios prikabinamos prie geno arba nuo jo nukabinamos, taip juos įjungiant ar išjungiant (grįžtant prie orkestro analogijos, šias žymes galima įsivaizduoti kaip muzikantui duodamas natas), ir tai atliekančio baltymo-reguliatoriaus (arba dirigento).
Tad, jei nuolat maitinsimės nevisaverčiu maistu, mūsų dirigentams pritrūks energijos, o pačių natų nebebus iš ko spausdinti.
„Epigenetiniai reguliatoriai yra baltymai – materialūs veikėjai. Jiems reikia ir molekulinio kuro, ir cheminių žymių, kurias reikia prikabinti prie DNR, – sako dr. M. Tomkuvienė. – Jei, pavyzdžiui, žinome, kad tam tikroms epigenetinėms žymėms susidaryti reikia geležies, deguonies, vitamino C, metionino aminorūgšties, o jų dietoje trūksta, gali būti, kad neįvyks tie epigenetiniai žymenų pastatymai ten, kur reikia.“
LRT.lt kalbinta biochemikė pasakoja, kad didžioji dalis gyvenimo eigoje sukauptų genetinių žymių nėra perduodama palikuoniams. Tačiau kai kuriais atvejais stebimos ir išimtys. Vienas iš pavyzdžių yra 1944–1945 m. badas Olandijoje, kuris iki šiol yra vienas įdomiausių mokslininkų tyrimų objektų, nes nustatyta, kad jo pasekmes ligų pavidalu jautė ir po karo gimę žmonės.
Be to, mokslininkai atlieka tyrimus su pelėmis ir pastebi, kad kai kada daug ėdusių pelių jaunikliai ateityje taip pat yra linkę į nutukimą.
Senstant orkestras išsiderina
Su epigenetika susijusios ligos yra tik viena medalio pusė, kita – senėjimas.
„Epigenetiniu požiūriu, senėjimas yra tai, kai genų reguliavimo orkestre atsiranda netikslumų. Tas suderintas mechanizmas, kuris būna jauname, sveikame organizme, patiria klaidų, netikslumų ir taip senstame“, – pasakoja dr. M. Tomkuvienė.
O dabar akimirką sustokime ir pamąstykime – jei epigenetiką iš dalies lemia ir aplinka, tai mūsų gyvenimo būdas iš tiesų turi didelę įtaką mūsų gyvenimo trukmei. Tad sveikai maitindamiesi, sportuodami, skirdami pakankamai laiko kokybiškam miegui ir pan. mes be jokių intervencijų galime pailginti savo gyvenimą.
Senėjimas yra tai, kai genų reguliavimo orkestre atsiranda netikslumų. Tas suderintas mechanizmas, kuris būna jauname, sveikame organizme, patiria klaidų, netikslumų ir taip senstame.
– M. Tomkuvienė
Visgi, kaip jau minėta pradžioje, aplinka yra tik vienas dirigentas, kuris vadovauja mūsų genų orkestrui. Kitas – mūsų DNR įrašytos „natos“.
Dėl to šiuo metu mokslininkai visame pasaulyje ieško būdų, kurie padėtų perprogramuoti genus, atjauninti ląsteles ir atitolinti senėjimą.
VU GMC biochemikė pasakoja, kad kai kurios terapijos yra orientuotos į „apiplyšusių, išblukusių natų“ atnaujinimą, „naujos energijos įkvėpimą dirigentams“ (tai yra, epigenetiniams reguliatoriams).
„Kai kurie mokslininkai parodė, kad kaip mes turėjome RNR vakcinas pandemijos metu, kur RNR molekulėje buvo užrašyta informacija, kaip atrodys virusas, su kuriuo mes susitiksime, tai labai panašiai RNR molekulėje galima užkoduoti epigenetinius reguliatorius, kurių ląstelei reikia, kad ji atjaunėtų.
Tokie tyrimai vykdomi su tokiais optimistiškais rezultatais, kol kas, žinoma, ląstelių kultūrų ir pelių lygiu, kažkas pradeda tai bandyti ir su beždžionėmis“, – sako mokslininkė.
Visgi ji priduria, kad iki žmonių tokio pobūdžio tyrimai dar neatėjo, nes dar neradome vieningo atsakymo, ar saugu yra atjauninti ląsteles.
„Visada turime išlaikyti balansą. Geriausiai veikianti ląstelė yra suaugusi, subrendusi ir galinti atlikti savo funkcijas, kurių reikia tam organui, kuriame ji yra. Jei per daug atjauninsime ląsteles, jos nebeišlaikys savo funkcijos.
(...) Vienas iš pirmųjų eksperimentų, atliktų prieš keletą metų, parodė tokių tyrimų pavojus. Pelėms buvo per daug atjaunintos ląstelės ir buvo įvairių organų nepakankamumas. Iššūkis šiuose tyrimuose – rasti tą balansą, kiek galime atsukti ląstelės biologinį laikrodį atgal, kad nepadaugintume“, – svarsto tyrėja.
Nemirtingumas dar toli
Dr. M. Tomkuvienė tikisi, kad bus rastos tokios epigenetinės terapijos, kurios mums galės pridėti kelerius papildomus gyvenimo metus, tačiau kol kas nesiryžta kliautis optimistiniais scenarijais, teigiančiais, kad naujos terapijos lems mūsų nemirtingumą.
Ilgaamžiškumą lemianti svajonių terapija turėtų suvaldyti visus 12 senėjimą lemiančių procesų.
– M. Tomkuvienė
„Kalbant apie natūralų senėjimą, dabar mokslininkai išskiria 12 grupių molekulinių mechanizmų, kurie lemia mūsų ląstelių ir organų senėjimą, ir epigenetika yra įvardijama kaip vienas jų. Jei susitvarkome su epigenetika, lieka dar 11 procesų. Aišku, jie visi susiję. Tai yra mutacijos, epigenetika, baltymų pažeidimai, ląstelių šiukšlių atsikratymo sistemos pažeidimai, telomerų trumpėjimas, mikrobiomo pokyčiai, kamieninių ląstelių išsibaigimas, kūno negebėjimas jausti maistinių medžiagų, mitochondrijų disfunkcija, ląstelių senėjimas, uždegimas, pasikeitusi ląstelių komunikacija“, – vardija mokslininkė.
Tad, pasak biochemikės, ilgaamžiškumą lemianti svajonių terapija turėtų suvaldyti visus 12 senėjimą lemiančių procesų.
Tiria Tatton-Brown-Rahman sindromą
2023 m. prestižinį „L'Oréal-UNESCO“ jaunųjų talentų programos „Moterys moksle“ apdovanojimą pelniusi dr. M. Tomkuvienė su komanda yra išsikėlusi svarbų tikslą – tyrinėja daugelio organų funkciją paveikiantį Tatton-Brown-Rahman sindromą.
„Šito sindromo priežastingumas nustatytas tik 2014 metais. Jis mokslui dar naujas. Žmonių su tokiais sutrikimais buvo visada, bet šiais laikais galima išsamiau išsiaiškinti tokių ligų priežastis.
(...) Mes tiriame, kaip ta pirmos ląstelės epigenetiniame reguliatoriuje įvykusi mutacija – vienos raidelės pasikeitimas – sugadina visą organizmo vystymąsi“, – pasakoja mokslininkė.
Tatton-Brown-Rahman sindromas (TBRS) yra sudėtingas daugiasistemis sutrikimas. Jis paveikia žmonių širdies ir kraujotakos, nervų, kaulų ir raumenų sistemas. Be to, kiti TBRS požymiai yra padidėjęs svoris ir (arba) didelė galvos apimtis, intelekto sutrikimai. Pasak biochemikės, visa tai makrolygyje aprašo Santaros klinikų kolegos, o M. Tomkuvienės grupė sindromą nagrinėja molekuliniu lygmeniu.
Nors tai tik vienas iš mokslininkės projektų, ji tikisi, kad šis tyrimas kartu su kitų pasaulio mokslininkų darbais padės geriau suprasti žmogaus biologiją.
„Aš tikiuosi, kad visi mokslininkai galų gale išsiaiškins, kaip veikia žmogaus organizmas, kaip iš genome užkoduotos informacijos išsivysto organizmas, kaip viskas susistyguoja, ir kodėl senstant sutrinka. Nes šiaip mes organizme turime daug savęs atsistatymo ir taisymo mechanizmų, tai, jei būtų pusiausvyra tarp aplinkos poveikio sukeliamų pažaidų ir jų atitaisymo, mes teoriškai tikrai galėtume gyventi bet kiek, bet kažkodėl tai sutrinka.
(...) Žinodami, kaip veikia visas organizmas, galėsime sugalvoti tokių terapijų, kurių veikimas būtų labai tikslus ir su kuo mažiau šalutinių poveikių“, – svajonę įvardija Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro biochemikė dr. Miglė Tomkuvienė.
