Epigenetyka to mechanizm kluczowy dla powstawania organizmów złożonych z wielu komórek i wielu tkanek, działa jednak głównie w obrębie jednego pokolenia - mówi RMF FM prof. Andrzej Jerzmanowski z Instytutu Biochemii i Biofizyki Polskiej Akademii Nauk. Jego zdaniem, modne teorie, że zmiany epigenetyczne mogą przenosić "pamięć" między pokoleniami trudno na bazie obecnej wiedzy naukowej potwierdzić. Jeśli mechanizmy epigenetyki służą przekazywaniu pamięci, to krótkotrwałej. Bardzo istotny dla nas jest natomiast mechanizm wymazywania tych zmian.
Grzegorz Jasiński, RMF FM: Panie profesorze, czas wokół 1 listopada ma dla nas szczególny charakter. Wspominamy swoich bliskich, których już nie ma, wspominamy to, co nam przekazali, chwile, które z nimi spędziliśmy. Myślimy też czasem o genach, które nam przekazali, które decydują o tym, jacy jesteśmy. Od paru lat mówi się jeszcze o innej formie przekazywania pamięci, o epigenetyce. Czy teoria na ten temat staje się pana zdaniem coraz bardziej prawdopodobna?
Andrzej Jerzmanowski: Ja bym zaczął od tego, że trzeba być bardzo ostrożnym z próbą zastępowania tej koncepcji dziedziczenia przez geny, dziedziczeniem przez coś innego. Epigenetyka to jest dziedziczenie nie dokładnie przez geny, ale przez nakładanie na geny pewnych modyfikacji. To są dwie różne rzeczy. Ja uważam, że nie ma w tej chwili dowodów w biologii, że to dziedziczenie w cudzysłowie niegenetyczne ma jakieś istotne znaczenie w sensie ewolucyjnym, to znaczy z pokolenia na pokolenie, na pokolenie... tak jak przyzwyczajeni jesteśmy, że dziedziczymy geny. Co to dokładnie jest ta epigenetyka? To dalej dotyczy genów. To rodzaj modyfikowania ich funkcji, ale nie przez zmianę ich struktury, jak to normalnie dzieje się w przypadku mutacji. Jak wiemy, taka mutacja może na przykład prowadzić do choroby, przekazywanej z pokolenia rodziców na pokolenie dzieci. "Epi" to z kolei oznacza "nad", czyli chodzi o zmianę jakby "nad genem". To polega na zmodyfikowaniu, na ogół w odwracalny sposób, budowy tego genu, ale nie przez przestawienie, zmianę kolejności liter, tylko na przykład przez nałożenie pewnej modyfikacji chemicznej tak, że ten gen nie może być odczytywany. On nadal tam jest, jest taki sam, jak był, ale nie może być odczytywany. I to jest ta epigenetyka. To jest ważne zjawisko, bardzo ważne nawet zjawisko, ale nie w dziedziczeniu miedzy pokoleniami. To jest ważne zjawisko w budowie organizmu, zwłaszcza takich jak my, składających się z miliardów miliardów komórek, setek tkanek. To wszystko zaczyna się przecież od jednej komórki. I ona, ta zapłodniona komórka jajowa, musi z siebie te miliardy miliardów komórek i setki jeśli nie tysiące tkanek, wygenerować. Wszystkie oparte o ten sam lub prawie ten sam zapis genetyczny. Tu ta epigenetyka jest kluczowa. Dlatego, że te maski zakładane na ten sam zapis decydują o tym, że jedna tkanka wyraża jedne geny, inna inne geny. To wszystko się stabilnie utrzymuje, ale na ogół tylko przez czas życia jednego organizmu. Są bardzo rzadkie wypadki, częściej u roślin, niż u zwierząt, że te zmiany nakładane na geny utrzymują się przez dwa trzy, może cztery pokolenia. Przy czym to wszystko jest wciąż jeszcze mało wiarygodne i bałbym się zaryzykować twierdzenie, że te epigenetyczne mechanizmy maja jakiś zasadniczy wpływ na przykład na ewolucje organizmów. Chociaż pewnie jakiś mają...
Ale chcielibyśmy też tak myśleć, ta myśl jest dla nas atrakcyjna, że oto wpływ środowiska, wrażeń, przeżyć na genom kogoś z naszych przodków mógłby w jakiś sposób "odnaleźć się", przejawić w naszym życiu...
To jest może atrakcyjna koncepcja, być może przyjemna, choć może też być nieprzyjemna, ale na razie wiadomo na ten temat tyle, że środowisko rzeczywiście oddziałuje na genom, na całą sumę genów, które mamy. Wiadomo, że na przykład u kobiet w ciąży poddanych różnym stresom, różnym dietom, manifestuje się to przez nakładanie na genom różnych epigenetycznych masek. Może być więcej lub mniej tej modyfikacji i ona ma wpływ na genom dziecka. To jest wiadome. Natomiast jest pytanie, na ile z tego dziecka te zmiany przekazują się na kolejne pokolenie. Wydaje się to na dużą skalę mało możliwe, bowiem te nakładane epigenetyczne zapisy się wymazują w każdym rozwoju zarodkowym. U ssaków i oczywiście u człowieka jest taka faza, kiedy ten zapis epigenetyczny we wczesnym etapie rozwoju zarodka ulega wymazaniu, wytarciu jak mokrą gąbką z tablicy. Jakby usunąć to, co nauczyciel napisał na poprzedniej lekcji i znów mamy czystą tablicę. Tak to mniej więcej wygląda. U roślin to wytarcie bywa nie całkowite, ale też nie przez wiele pokoleń. To się utrzymuje przez dwa - trzy pokolenia. O ile więc te wspomnienia środowiska, dobre, czy złe jakoś tam na ten genom się nakładają, sprawiają, że on nieco inaczej się zachowuje, to może wpływać w jednym , góra dwóch pokoleniach. Ale podkreślam, byłoby bardzo ryzykowne sądzić, że to wpływa przez większa liczbę pokoleń.
To może w takim razie zamiast szukać takich powiązań, powinniśmy się zachwycić tym mechanizmem wymazywania, który być może jest kluczowy dla naszego przetrwania, dla możliwości wykorzystania tego, co dają nam już tylko geny?
My wciąż nie wiemy wszystkiego o genach, a mówiąc szczerze, wciąż nie wiemy większości na ten temat. Ale to jest właśnie taki niezwykły mechanizm, w wyniku ewolucji wygenerowany w naturze, który pozwala genom zachowywać się o wiele bardziej plastycznie. Uważa się na przykład, że nasze organizmy wielokomórkowe, które maja liczne tkanki, z których każda inaczej się zachowuje, nie mogłyby funkcjonować bez tych systemów epigenetycznych. Na ten sam genom trzeba nałożyć maski. Potem jednak, ponieważ to wszystko musi się jakoś odtworzyć w następnym pokoleniu od nowa, jest ten mechanizm wymazywania, piękny, elegancki mechanizm. Oczywiście można obserwować różne tego skutki, na przykład u bliźniąt jednojajowych. Na początku te maski epigenetyczne są bardzo podobne, ale z biegiem lat zaczynają się różnicować i po 40 latach ten epigenetyczny wzorzec jednego i drugiego jest na tyle różny, że można odróżnić te bliźnięta po zachowaniu, a czasami nawet po budowie ciała. Jeszcze jest jedna ciekawa rzecz - ewolucja jest w ogóle niesłychanie pomysłowa - te sposoby są wykorzystywane do budowy skomplikowanych struktur, na przykład społeczeństwa owadów. U tych wszystkich owadów błonkoskrzydłych, mrówek, pszczół, os, które budują społeczności, trochę podobne do naszych, wszystko to odbywa się na zasadzie znaczenia epigenetycznego tych samych genomów. Królowa jest od początku inaczej karmiona, niż robotnice, w związku z tym - choć ma ten sam genom - rozwija się w inna postać, inny organizm, zachowuje płodność. To wszystko jest w tym przypadku związane z dietą. Wystarczy karmić czym innym, by taka zmiana nastąpiła. To znów wymazuje się w następnym pokoleniu, ale sam fakt, że to może istnieć, generować takie twory, na przykład społeczeństwa mrówek, to jest niezwykłe.
Być może tak trudno nam poznać to zjawisko, bowiem nie ma możliwości przeprowadzenia tu jakiegoś, etycznie dozwolonego, eksperymentu na ludziach.
Na ludziach na pewno nie, ale te eksperymenty prowadzi się na myszach, które też są ssakami, podobnie skomplikowanymi, jak my. Na razie z tego nie wynika nic więcej ponad to, że to niezwykle ciekawy, potężny mechanizm, funkcjonujący w obrębie pokolenia tego wielokomórkowego, wielotkankowego organizmu, który powstaje z jednej komórki. Po tym, jak ten organizm wyda potomstwo, to znów się powtarza, z jednej komórki musi odtworzyć cały system. Uważa się, że bez tego systemu epigenetycznego w ogóle nie mogłyby istnieć takie wielokomórkowe i wielotkankowe organizmy. wszystko musiałoby być ograniczone do prostych, jednokomórkowych organizmów. Ta pamięć tutaj jest pamięcią na pewno, ale ona jest krótka, dotyczy w gruncie rzeczy tego niezwykłego zjawiska rozwoju, które nadal nas fascynuje, nadal nie jest w pełni dla nas zrozumiałe. W jaki sposób jedna komórka jest w stanie stworzyć organizm, który ma trylion, albo sto trylionów komórek zorganizowanych w takie tkanki i to się powtarza z pokolenia na pokolenie. Epigenetyka, to znakowanie, jest tutaj kluczowe. My jesteśmy na początku drogi, by zrozumieć, jak to się odbywa. Natomiast, powtarzam to z uporem, ma zapewne znacznie mniejsze znaczenie w ewolucji długotrwałej, trwającej tysiące, czy setki tysięcy pokoleń.
