Epigenetyka a rozwój dziecka: Jak przeżycia dzieci wpływają na ich geny?

„Epigenetyka to nowy obszar badań naukowych, zajmujący się zależnościami między środowiskiem a doświadczeniami dzieci oraz rzeczywistym wpływem tych zależności na ekspresję ich genów.

Zajmuje się zmianą zachowania naszych genów, a także tym, jak geny zmieniają się wskutek naszego zachowania. Jako podręcznikowy przykład działania epigenetyki wymienić można pozbawienie ciężarnej szczurzycy karmy. Gdy to zrobimy, matka zmieni działanie genów w mózgach swojego potomstwa. Zachowuje się ono inaczej i w inny sposób reaguje na bodźce stresowe. Przejawi się to u nich jednak dopiero w dorosłości. Epigenetyka nie dotyczy jednak wyłącznie szczurów.

Do niedawna uważało się, że geny są nam dane. Wpływ przeżyć z dzieciństwa oraz środowiska na strukturę mózgu, a co za tym idzie długookresowy stan zdrowia fizycznego i umysłowego pozostawał zagadką.

Natura kontra wychowanie 

Gdy spojrzysz w lustro, być może pomyślisz sobie: „Jak to możliwe, że wszystkie komórki w moim ciele mają zapisane to samo DNA, a pomimo tego moje organy wyglądają każdy inaczej, a do tego inaczej działają?”. Dzięki ostatnim postępom w epigenetyce zaczynamy to rozumieć. Wiemy bowiem, że komórki w różny sposób korzystają z materiału genetycznego: włączają i wyłączają geny, co skutkuje zadziwiającym stopniem różnorodności poszczególnych części naszego ciała.

W trakcie rozwoju w DNA, które tworzy nasze geny, gromadzą się markery chemiczne, które określają jak mocna, lub słaba będzie ekspresja genowa. Ten zbiór markerów chemicznych nazywamy „epigenomem”. Zdobywane przez dzieci różne doświadczenia zmieniają te markery chemiczne. To wyjaśnia, dlaczego identyczne genetycznie bliźniaki mogą zachowywać się inaczej, różnić się umiejętnościami, stanem zdrowia czy osiąganymi sukcesami.

Prosty składnik pożywienia (witamina, trucizna) albo ekspozycja na przeróżne wpływy zewnętrzne (może tu chodzić również o zachowanie), tłumi lub wzmacnia działanie genów. Działanie genów można zarówno poprawić jak i pogorszyć. I gdy dzieje się tak bez zmiany własnego kodu genetycznego, wtedy właśnie mówimy o epigenetyce.

Stara teza, że geny są „wyryte w kamieniu” została obalona. Natura kontra wychowanie nie jest już przedmiotem dyskusji. Zawsze chodzi o oba!

Mechanizm aktywacji genów

Geny, które dzieci dziedziczą po swoich rodzicach biologicznych, zawierają informacje mające wpływ na ich rozwój. Na przykład to, jaki osiągną wzrost lub budowę ciała.

Gdy doświadczenia w trakcie rozwoju zmienią markery epigenetyczne odpowiedzialne za ekspresję genową, może to zmienić i to, w jaki sposób geny udostępniają przenoszone przez siebie informacje.

Chodzi o to, że ekspozycja na działanie czynników zewnętrznych uruchamia w ciele zmiany chemiczne, które mobilizują grupę molekuł, nazywanych grupami metylowymi. Są one w stanie przylepić się do odcinków sterujących czynnych genów. W ten sposób na pewien czas tłumią ich działanie. Potrafią jednak działać przeciwnie, czyli wzmacniać efektywność innych genów. W wyniku tego typu działania epigenetycznego można zmieniać wpływ genów z jednej pozycji na drugą. W ten sposób zmienia się właściwość, za którą dany gen odpowiada.

Ciekawe jest to, że choć do zmian takich dochodzi najczęściej w stadium embrionalnym lub płodowym, wynik w postaci podatności na choroby lub zmiany w zachowaniu, widoczny będzie dopiero w dorosłym życiu. Wpływ na geny trwa przez jakiś czas i może przenosić się z jednego pokolenia na kolejne. 

Izraelski naukowiec i znany na całym świecie autorytet w dziedzinie epigenetyki Moshe Szyf brał udział w badaniu, które wskazuje na istotną zależność między opieką macierzyńską a zmianami epigenetycznymi w mózgu. Jego praca dowodzi, że różne rodzaje opieki macierzyńskiej mogą skutkować zmianami w epigenomie, co ma dalekosiężny wpływ na rozwój i zachowanie. Prowadzone przez Szyfa badanie podkreśla, że opieka macierzyńska może wpływać na związki pomiędzy konkretnymi czynnikami, takimi jak NGFIA, na DNA, co wpływa na ekspresję genową oraz rozwój układu nerwowego. Wskazuje również możliwość, że wspomniane zmiany epigenetyczne są potencjalnie odwracalne, co oznacza, że negatywne skutki zaniedbań na wczesnym etapie można złagodzić lub odwrócić w dorosłości za pomocą odpowiednich interwencji.

Transmisja przez pokolenia

Ze szczegółowych zapisów dotyczących kilku grup ludzi urodzonych w północnej Szwecji w latach 1905, 1920 i 1980 wynika kilka rzeczy.

Jeżeli chłopcy w wieku 8-12 lat nie mieli możliwości przejadania się, ponieważ brakowało pożywienia, ich przyszli potomkowie nie cierpieli na choroby układu krążenia. Jeżeli jednak chłopcy w tym wieku byli otyli, ich dzieci umierały na cukrzycę. A skutki różnego odżywiania się przodków ze strony ojca ujawniały się jeszcze w pokoleniu wnuków.

Zdarzenia epigenetyczne znajdują się w zasadzie na samym szczycie ekspresji genetycznej. Włączają i wyłączają geny lub, zgodnie z potrzebą, tylko delikatnie korygują ich efektywność. Wykazano na przykład, że zaburzenie metylacji genów komórek, które dają początek komórkom krwi, odpowiada za powstanie białaczki.  Prowadzone w ostatniej dekadzie badania potwierdziły znaczenie procesów epigenetycznych dla powstania, rozwoju i leczenia chorób nowotworowych. Epigenetyczne zmiany DNA ujawniają się już we wczesnych fazach rozwoju chorób nowotworowych, są więc obiecującymi kandydatami na markery diagnostyczne i prognostyczne, jednocześnie procesy epigenetyczne są dobrym celem badań nad rozwojem nowych substancji leczniczych. 

Częste twierdzenie, że czyjąś chorobę spowodował zmutowany gen może być w świetle epigenetyki bezsensowne. Bardzo często nie chodzi bowiem o żadną mutację genu, ale o zjawisko epigenetyczne. Gwałtowny wzrost zachorowań na choroby takie jak cukrzyca, zawały serca i udary mózgu, czy epidemia otyłości i nowotworów w populacjach bogatych krajów, wynikają prawdopodobnie za zaburzeń na etapie rozwoju embrionalnego.

Jak przywrócić prawidłowe działanie genów?

Na epigenom wpływ mają zarówno doświadczenia pozytywne, takie jak troska i opieka oraz możliwości uczenia się, jak i negatywne, takie jak pochodzące ze środowiska toksyny lub stresujące okoliczności życiowe, które pozostawiają na genach unikalny „podpis” epigenetyczny. Podpisy te mogą być tymczasowe lub trwałe, a oba typy wpływają na to, jak łatwo geny są włączane lub wyłączane. Najnowsze badania wykazują, że mogą istnieć sposoby na odwrócenie niektórych negatywnych zmian i przywrócenie zdrowego działania.

Podczas gdy zdarzenia genetyczne (uszkodzenie genu) są w większości nieodwracalne, zdarzenia epigenetyczne (wspomniana metylacja genów) są zdarzeniami odwracalnymi. Geny można demetylować. Polega to na tym, że przylepione grupy metylowe cząsteczek są odłączane od odcinków sterujących genu. Usunięcie grup metylowych można przyspieszyć w taki sam sposób, w jaki doszło do ich przylepienia się – poprzez zmianę odżywiania, przeżycie innych doświadczeń lub podanie pewnych substancji.

Szereg składników pokarmowych może wywołać u ludzi zmiany epigenetyczne. Przykładowo brokuły i inne warzywa kapustne zawierają izotiocyjaniany, które są w stanie zwiększać acetylację histonów. Z kolei soja jest źródłem izoflawonu genisteiny, któremu przypisuje się zmniejszanie metylacji niektórych genów. Katechina Polifenolowa 3-galusan epigalokatechin, która wystęuje w zielonej herbacie, ma wiele efektów biologicznych, między innymi tłumi metylację DNA. Kurkumina, związek występujący w kurkumie (Curcuma longa), ma wieloraki wpływ na aktywację genów, hamuje bowiem metylację DNA, ale także zmienia acetylację histonów.

Badania wykazały, że podczas rozwoju zdolności poznawczych, takich jak uczenie się i ćwiczenie pamięci w komórkach mózgowych zachodzą określone modyfikacje epigenetyczne, oraz że powtarzająca się aktywacja obwodów mózgowych odpowiedzialnych za naukę i pamięć poprzez interakcję ze środowiskiem, taką jak wzajemne interakcje z dorosłymi „dawaj i bierz”, ułatwia te pozytywne modyfikacje epigenetyczne. 

Wiemy również, że prawidłowe odżywianie matki i płodu w połączeniu z pozytywnym wsparciem społeczno-emocjonalnym dzieci w domu rodzinnym i środowisku rówieśniczym zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia negatywnych modyfikacji epigenetycznych, które zwiększają ryzyko późniejszych zaburzeń zdrowia fizycznego i psychicznego.

Usługi takie jak wysokiej jakości opieka zdrowotna dla wszystkich kobiet w ciąży, niemowląt i małych dzieci, a także wsparcie dla młodych rodziców i opiekunów, mogą – dosłownie – wpływać na chemię wokół genów dzieci. Troska i opieka oraz bogate doświadczenia edukacyjne tworzą pozytywne cechy epigenetyczne, które aktywują potencjał genetyczny.

Najlepszą jednak strategią jest wspieranie dobrych relacji i zmniejszanie stresu, by od samego początku budował się silny mózg, który pomoże dziecku wyrosnąć na zdrowego i produktywnego członka społeczeństwa. Młode mózgi są szczególnie wrażliwe na zmiany epigenetyczne.