Поверителност и бисквитки

Този сайт използва бисквитки. Продължавайки, вие се съгласявате с тяхното използване. Получете повече информация; например за това как да контролирате бисквитките.

дядовците

Както знаем, навиците на бременната жена влияят върху здравето на детето й, но въздействието, което това може да окаже върху здравето на бъдещите поколения е изненадващо. Проучванията върху трагичните събития в историята на човечеството, като глада в Холандия, изясниха връзката между храненето и характеристиките, наследени от децата. По същия начин съществуват исторически и медицински досиета, които свързват храненето на бабите и дядовците с продължителността на живота и здравето на внуците. Начинът да се обясни този феномен е чрез епигенетиката, клон на биологията, който отчита факторите на околната среда при развитието на организма.

Зимният глад в Западна Холандия започва през декември 1944 г., месеци преди края на Втората световна война. Доставката на храна в окупираните от Германия региони стана много ограничена поради блокадата на сухопътен транспорт на стоки между Амстердам и други близки градове. В същото време времето беше много тежко и земеделските ниви бяха разрушени от войната. Хранителните дажби на ден бяха под 500 калории, по-малко от една четвърт, препоръчани за консумация, до освобождението на града през май 1945 г. (Фиг. 1). Към тази дата 18 хиляди души умират от глад [1]

Това събитие има голямо значение, тъй като се използва като пример от няколко изследователи за идентифициране на ефекта от пренаталното недохранване при хората. Освен това се характеризира с това, че гладът е наложен на добре хранено преди това население, като по този начин се ограничава появата на недохранване сред населението.

Децата, заченати по време на този глад, са по-малки, с поднормено тегло и със здравословни проблеми, които продължават до зряла възраст, в сравнение с техните братя и сестри, произведени преди или след глада [2]. Разбира се, тези характеристики съответстват на диетата на майка й и не са изненадващи. Удивителното е, че когато тези деца пораснаха, въпреки че войната свърши и те подобриха диетата си, те от своя страна родиха по-малки деца. Сред ефектите, свързани с пренаталното излагане на глад в Холандия, са: ниско тегло при раждане, диабет, затлъстяване, коронарна болест на сърцето и поне една група от анализираните има и по-малки деца [3].

Този факт е много важен, тъй като предполага, че диетата на бременната жена ще повлияе на здравето, не само на сина й, но и ще бъде предадена на нейния внук и евентуални бъдещи поколения.

Друг подобен случай се съобщава за глада на Биафран в Нигерия (1968-1970). Децата, родени по това време, са били склонни към развитие на хипертония, затлъстяване и диабет тип 2 [4]. Възможно е този период на ограничаване на хранителните вещества по време на бременност да насърчава плода да пести енергия по време на живота си, което се превръща в проблем, когато доставените калории вече не са оскъдни и децата имат достатъчно храна, което може да предизвика затлъстяване.

От друга страна, в Големия китайски глад (1958-1961), причинен от лошото управление на неговия лидер Мао Цзедун и тежкото време, пренаталното излагане на този период на недостиг на храна повишава риска от шизофрения при децата [1].

Към всичко изброено по-горе, какъв е механизмът, който позволява екстремните събития в храненето на майката да засегнат не само нейните деца, но и следващите поколения? Дали това е тип белег в генетичната информация на индивидите, който ви позволява да напомняте на своето потомство за екологичните ситуации, в които те са се развили? Включено ли е само хранене по майчин път? Отговорът на тези въпроси се намира в изследването на епигенетиката.

Какво е епигенетика?

Конвенционален възглед за еволюцията е, че нашата ДНК носи цялата ни наследствена информация. Тази информация присъства в яйцеклетката на нашата майка и в сперматозоидите на бащата, които слети заедно образуват индивид. Ние вярваме, че когато се родим, тази информация е фиксирана и ще я предаваме без промяна на нашите деца. През последните години обаче се появи нова концепция относно влиянието на различни фактори, които влияят на гените, които се наследяват. По време на нашето съществуване ние сме изложени на различни фактори на околната среда като: слънчева радиация, различни химикали, стрес и дори вид диета, която променя информацията, която ще се предава на нашите потомци в продължение на поколения, под формата на "етикети" в ДНК . Тази предадена информация функционира като „напомняне“ за децата за експозицията на околната среда, на която родителите са били подложени. Това е една от основите на епигенетиката (от гръцки epi, в или нататък и генетика, извън генетиката).

Следователно епигенетиката се отнася до промени в генната експресия, т.е. дали генът е активен или не, без да включва промени в ДНК последователността (генотип). С други думи, това са промените, които настъпват в характеристиките или наблюдаемите черти на организма (фенотип), без да се променя генотипът [5].

Епигенетичните промени се случват нормално в тялото и се проявяват в диференциацията на клетките във всички съществуващи варианти: клетки на кожата, мозъка, черния дроб и т.н. Всички тези клетки имат една и съща генетична информация, толкова много, че организмът може да бъде клониран от всяка соматична клетка в нашето тяло, но в крайна сметка функцията на всеки тип клетка е много различна.

Един лесен начин за илюстриране на епигенетични промени е чрез изследвания, проведени върху монозиготни близнаци, считани за генетично идентични. Тези проучвания се провеждат, за да се оцени ефектът на околната среда върху развитието на определени заболявания и как епигенетиката може да промени разликата по отношение на промените, които се случват във фенотипа на близнаците [6]. В началото и двете бебета споделят една и съща среда, в която се развиват, поради което са подложени на едни и същи условия. Когато обаче близнаците пораснат, условията, на които са подложени, се променят: замърсяване, вид диета, пушене, физическа активност и др. Поради тази причина, дори ако близнаците имат една и съща генетична информация, може да се окаже, че единият от двамата развива заболяване като рак или диабет, а другият не.

Начинът, по който епигенетиката може да бъде обяснена, е да си представим, че цялата генетична информация на индивида е буквите на книга. Сами по себе си тези букви нямат съгласуваност, а смисълът на тези букви е: интервали, препинателни знаци, въпросителни, удивителни знаци и т.н., които съответстват на епигенетиката. Буквите ще представляват нашето ДНК, което съдържа всички необходими инструкции за изграждане на частите от тялото ни. Една от особеностите на ДНК е, че тя измерва приблизително два метра по линеен начин и за да влезе в малка клетка, тя трябва да бъде супер намотана и това се постига благодарение на протеини, наречени хистони, които работят като макари (фиг. 2).

Фиг. 2. Начинът, по който ДНК се увива около хистони (жълти кръгове), за да влезе в клетката. Последното ниво на уплътняване е хромозомата. Взето от: http://explosion-del-saber-para-entretener.blogspot.mx/2012/06/adn-posee-cuatro-estructuras.html

От друга страна, някои от промените, които осмислят нашата генетична информация, които в описания по-горе пример съответстват на препинателни знаци, са химикали, които се свързват с хистони или със самата ДНК. Един от тези химикали е метиловата група, съединение, съставено от един въглерод и три водородни атома, което може да се получи от храната в хранителни вещества като фолиева киселина или витамини от група В. Тези метилови групи работят като етикети, които се натрупват по време на нашето ембрионално развитие и през целия ни живот променя нашата генна експресия и това може дори да се наследи [7]. Когато метиловите групи са прикрепени към хистоните, те карат ДНК да се уплътни, този процес се нарича метилиране и обикновено помага за заглушаване на ген, тоест специфичен протеин не се произвежда или се произвежда в по-ниско съотношение (фиг.3). Метилирането също се извършва директно в ДНК, което позволява да се изключи функцията на гена и следователно производството на някои протеини.

Фиг. 3 Изображението по-горе показва как метиловите групи опаковат ДНК около хистоните, което води до неактивност на гените. Панелът по-долу показва обратното, група съединения, наречени ацетил, правят ДНК по-хлабава, предизвиквайки нейната достъпност за последващото производство на протеин.

Изследвания върху мишки са показали колко важна е диетата на майката за епигенетиката на нейното потомство. Всички бозайници имат ген, наречен агути, когато този ген няма метилови групи (деметилирани), той причинява при мишките, че козината им е жълта, те са затлъстели и склонни към диабет и рак. Когато генът е метилиран (така трябва да изглежда при нормална мишка), мишките са с кафяв цвят и имат по-малък риск от тези заболявания (фиг.4). И двете мишки са генетично еднакви, те се различават само по този белег в тяхната ДНК, тоест в присъствието на метиловата група. За да се предотвратят тези здравословни проблеми, диетата на майката трябва да бъде богата на метилови групи, които се получават от фолат или холин [7].

Фиг. 4. Мишката вляво има деметилирания ген auguti, който кара цвета на козината й да бъде жълт в допълнение към различни заболявания. С промяна в диетата, увеличаване на нивата на фолиева киселина и холин, тази мишка може да създаде здрава мишка (вдясно), промяната в цвета на козината й се наблюдава ясно. Взето от http://discovermagazine.com/2006/nov/cover

Връщайки се към примера с деца, заченати по време на холандския глад, изследователска група от Колумбийския университет изследва ДНК на 60 от тези индивиди, шест десетилетия след раждането им. Те сравняват хората, които са били изложени на глад през първите месеци на ембрионалното развитие, с техните братя и сестри от същия пол. Учените специално анализираха гена на инсулиновия растежен фактор тип II (IGF2), който е отговорен за образуването на основен хормон на растежа по време на бременност. Те откриха, че този ген има ниска степен на метилиране при гладните деца в сравнение с гена IGF2 при техните братя и сестри. Чрез намаляване на метилирането този хормон ще се експресира повече. Въпреки че тази характеристика не е свързана с телесното тегло, възможно е тя да е свързана със заболявания като диабет и някои видове рак [3].

Влияе и върху това, което яде татко

Трябва да се подчертае, че екстремните диети не само влияят на здравето на децата, но и че някои вещества са от съществено значение по време на бременност. Фолиевата киселина например предотвратява малформациите на бебетата, поради което се предписва от лекарите на бременни жени. Любопитен факт е, че е важно не само майката да поглъща фолиева киселина, но научните изследвания показват, че диетата на родителите може да повлияе и на здравето на децата. Начинът на предаване на тази информация е чрез сперматозоидите.

В разследване, проведено при мъжки мишки, е сравнен ефектът на фолиева киселина, доставяна при два вида диети: една богата на фолати и една дефицитна на тях. Потомството на мъжете с диета с недостиг на фолиева киселина представя вродени дефекти като малформации на черепа и скелетните мускули, в противен случай при потомството на мъжете с диета, богата на това хранително вещество. Въпреки че проучването е проведено при мишки, то може да бъде екстраполирано върху хора [8].

Друг много интересен случай е проучване, което свързва храненето на бабите и дядовците по бащина линия с продължителността на живота на техните внуци в общността на Överkalix в Швеция. Тази общност се характеризира с подробен запис на ражданията, смъртта и условията на живот на жителите. Изследването се основава на проследяване на хора, родени през 1905 г., които са били класифицирани по наличността на храна от родителите и бабите и дядовците (използвайки исторически данни за културите и цените на храните). Интересното е, че беше установено, че количеството храна, което дядото по бащина линия е ял на възраст 9-12 години, е повлияло на продължителността на живота на внуците му: недостигът на храна е свързан с по-дълга продължителност на живота, в противен случай, обилна диета беше свързана с кратка продължителност на живота. В случай, че дядото е имал умерена наличност на храна през детството си, те не са наблюдавали никаква промяна в оцеляването на внуците му [9].

Национален контекст

У нас епигенетичните проучвания сред населението са оскъдни, пример е този, проведен в Tercera Chica San Luis Potosí, за експозицията на токсини, произведени от неформалното производство на тухли, които са свързани с рак и увреждане на органи [10].

По същия начин някои изследователи, които са посветени на изследването на епигенетиката, са: д-р Феликс Рецилас Тарга, изследовател в Катедрата по молекулярна генетика на Института по физиология на UNAM, който е посветен на разбирането на епигенетичните механизми при рак и други състояния като таласемия. Д-р Раул Алварес Венегас от лабораторията за хроматин и епигенетика на CINVESTAV Irapuato, който се фокусира върху епигенетичната регулация в растенията и тяхната реакция на патогени. Д-р Гертруд Лунд от лабораторията за епигенетика, също от CINVESTAV Irapuato, която изучава ДНК метилиране в развитието на царевично семе и атеросклероза. Д-р Вилма Арасели Малдонадо Лагунас от INMEGEN се фокусира върху епигенетиката на рака на гърдата, диабета и затлъстяването, наред с други.

Заключения

Дадохме кратка скица за това как околната среда, по-специално храната, влияе върху развитието на индивидите и че освен това това въздействие върху околната среда може да бъде наследено от следващите поколения поради епигенетични белези в тяхната генетична информация. Сега можем да разберем поговорката, която диктува: ние сме това, което са яли нашите родители и баби и дядовци.

Справочни източници

[1] Ахмед Ф. „Приказки за премеждия“. Природа, кн. 468, стр. S20, декември 2010 г.

[2] Lumey L. 1992. "Намаляване на теглото при раждане при кърмачета след майчино вътреутробно излагане на холандския глад от 1944-1945 г.". Педиатрична перинатална епидемиология 6 (2): 240-53.

[3] Heijimans B., Tobi E., Stein A., Putter H., Blauw G., Susser E., Slagboom E. и Lumey L. 2008. "Устойчиви епигенетични различия, свързани с пренаталното излагане на глад при хората" . PNAS, том 105 стр. 17046–17049, септември 2008.

[4] Roseboom T., Painter R., Van Abeelen A., Veenendaal M и de Rooij S. Рецензия „Гладни в утробата: Какви са последствията? Уроци от холандския глад ”Maturitas, vol. 70, стр. 141– 145, юни 2011 г.

[18 декември 2014 г.]

[6] Fraga M. Ballestar E., Paz M., Ropero S., Setien F., Ballestar M., Heine-Sunñer D., Cigudosa J., Urioste M., Benitez J., Boix-Chornet M., Sanchez A. Ling C., Carlsson E., Poulsen P., Vaag A., Stephan Z., Spector T., Wu Y., Plass C и Esteller M. "Епигенетичните различия възникват по време на живота на монозиготни близнаци." PNAS, кн. 102, стр. 10604–10609, юли 2008 г.

[7] Хранене и епигеном. Учебен център за генетични науки. Научете.Генетика. Достъпно на: http://learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/nutrition/

[7 декември 2014 г.]

[8] Lambrot R, Xu C., Saint-Phar S., Chountalos G., Cohen T., Paquet M., Suderman M., Hallett M. и Kimmins S. “Ниският бащин хранителен фолат променя епигенома на сперматозоидите на мишката и е свързано с отрицателни резултати от бременността ”. Nature Communications, кн. 4, стр. 1-13, декември 2013 г.

[9] Bygren L., Kaati G. и Edvinsson S. "Дълголетието, определено от храненето на бащите по време на бавния им растежен период." Acta Biotheoretica, кн. 49, стр. 53-59, ноември 2001 г.

[10] Alegría J., Barretta F., Batres L., Carrizales L., Pérez I., Baccarelli A. и Bertazzi P. "Епигенетични маркери на излагане на полициклични ароматни въглеводороди при мексикански производители на тухли: пилотно проучване." Хемосфера, кн. 91, стр. 475-480, януари 2013 г.

Терминологичен речник

ДНК. Дезоксирибонуклеинова киселина, молекула в клетката, която носи генетична информация, която се предава от едно поколение на друго.

Соматична клетка. Всички клетки на тялото, с изключение на репродуктивните клетки: сперматозоидите и яйцеклетката.

хълм. Основно хранително вещество, групирано с витамини от група В

Ген. Основна наследствена единица, предадена от родители на деца. Гените са сегменти на ДНК. Много гени съдържат информацията, за да произведат специфичен протеин.