Епигенетика: новата наука, в която се изследват наследствените промени в генната експресия и фенотипа

Епигенетиката е наука, която революционизира разбирането ни за генома и преобръща представите ни за наследствеността. Тя е базирана на идеята, че гените ни не са нещо статично, а изменчиво под влиянието на околната среда.

Тази нова област на науката се съсредоточава върху това как средата и жизненият ни стил могат да повлияят върху активността на гените ни, без да променят самите генетични последователности.

Епигенетиката ни позволява да разберем как различни фактори от външната среда, начинът, по който я възприемаме и дори преживяния от предишни поколения могат да оказват влияние върху здравето ни и развитието на болести.

Ефектът на наблюдателя: котката на Шрьодингер и експериментът с двата процепа в квантовата физика и в обичайния живот

Какво представлява епигенетиката?

Епигенетиката е изучаването на изменения в генната експресия, които не се дължат на промени в ДНК последователността. Тези промени могат да бъдат предизвикани от фактори като околната среда, начин на живот и хранене, и могат да се предават на следващите поколения, пише forlife.bg.

Каква казва науката за гените?

ДНК – това е една от най-важните молекули, в която се съдържа цялата база данни за това как функционира нашият организъм. Освен това, в нея е кодирана историята на нашия род. Генетичният код, който сме наследили от нашите родители, е и това, което ще сформира нашата съдба – от първата ни глътка въздух до последната. Опитът на нашите предци оформя и нашата биология – всички физически и емоционално-поведенчески характеристики на членовете на рода ни ще определят живота ни още в момента на нашето зачатие.

И тъй като ние не сме способни да контролираме гените си, оставаме заключени в този генетичен затвор до края на живота си.

И това е било вярно допреди да се появи новата наука за гените – епигенетика.

Универсалният код на живота - ДНК: само около 0,1% от генома ни е уникален за всеки от нас

Възникването на епигенетиката

В началото на 20-ти век, в епохата на великите научни открития и търсенето на нови начини за разбиране на биологичния свят, Конрад Уодингтън (британски биолог и генетик) създава термина „епигенетика„, който ще промени начина, по който гледаме на нашия геном.

Той подчертава важността от съчетанието на генетиката и епигенезата – процеса на формиране на сложен организъм от една безструктурна начална единица на зародиша. Уодингтън разбира, че гените носят информацията за нашето наследство, но и че околната среда играе съществена роля в това как тази информация се изразява и реализира.

Още Аристотел предлага теорията за епигенезис, която обяснява, че живите същества се развиват постепенно от недиференциран материал и че околната среда има влияние върху този процес, а не са окончателно формирани в зиготата.

На първо място, Уодингтън разпознава важността на генетичния фон в процеса на развитие и промените във фенотипа. Той използва следната визуална метафора за ембрионалната диференциация: „Клетката представлява топка, която се търкаля по хълмове и долини на „епигенетичния пейзаж“, като всеки хълм е различен фактор на околната среда, който ще я „тласне“ към различно развитие.“

Той осъзнава, че гените не са просто статичен код, а имат способността да реагират и на околната среда. И тези епигенетични промени също могат да се предадат на следващите поколения. След повече от век на изследвания, епигенетиката продължава да ни изненадва и отваря нови врати в разбирането на биологията ни. Тя не само ни учи за важността на гените, но и как околната среда и опитът ни могат да променят тяхната експресия.

Конрад Уодингтън и неговата епигенетика стават символи на интердисциплинарния и иновативен дух на науката, който непрекъснато разширява нашата граница на знанието.

Основни концепции в епигенетиката

Епигенетиката, която буквално означава „над генетиката“, е нова наука, в която се изследват наследствените промени в генната експресия и фенотипа, които не включват промени в основната ДНК последователност.

Нашият геном е пълният набор от гените на вида ни, но над него съществува епигеном – молекулярен превключвател, който може да включва или изключва гени, променяйки тяхната активност, без това да се отразява на генетичния код. Тези епигенетични модификации могат да бъдат повлияни от фактори на околната среда, начина на живот и дори психологическите ни преживявания, създавайки мост между природата и възприятието.

Епигенетичните промени са изключително динамични и бързо развиващи се в сравнение с генетичните мутации, на базата на естествен подбор. Нужно е много време, за да се проявят трайно в популацията.

Епигенетичните промени могат да се предадат веднага на следващото поколение и да се проявят в множество индивиди.

Епигенетичната информация се отнася до химичните модификации на ДНК и протеините, които се свързват с нея, и които регулират изразяването на гените, без да променят самата нуклеотидна последователност.

Този пробив в генетиката доведе до откриването на епигенетични маркери за физиологични изменения, които се предават на поколенията отвъд класическия менделов модел на унаследяване, където само промените в ДНК-последователността се считат за наследствени.

Влечението ни към въглехидратни храни се дължи на древна ДНК

Епигенетични модификации

Тези модификации включват метилация (прикрепване на метилни групи към ДНК), модификации на хистоните (протеини, които пакетират ДНК в компактни структури), ремоделиране на хроматина и регулиране на ncRNA (non-coding RNA или некодираща РНК ).

Метилиране

Един от ключовите механизми в епигенетиката е метилирането на ДНК. Този процес включва добавянето на метилова група (CH3) към специфични места в ДНК молекулата, по-често при цитозина, а в по-редки при аденина. Метилацията прави гена по-малко достъпен за транскрипцията (процесът на превеждането на генетичната информация в молекулярна форма), т.е. го потиска.

Хистонова модификация

Друг важен епигенетичен механизъм е хистонова модификация. Хистоните са протеини, около които се навива ДНК, образувайки структура, наречена хроматин. Химическите модификации на хистоните, като ацетилиране, могат или да отпуснат, или да кондензират хроматина, като по този начин правят гените по-достъпни за транскрипцията, тоест активират ги.

Ремоделиране на хроматинова структура

Това се отнася до физичните промени в структурата на хроматина, които могат да направят по-лесно или по-трудно взаимодействието между ДНК и хистоните.

Регулиране на некодираща РНК

Съществуват и некодиращи РНК (ncRNA), които не съдържат инструкции за създаване на протеини, но се оказва, че играят важна роля в регулирането на експресията на гените.

Епигенетика – новата наука за отговорността

Епигенетиката ни разкрива, че ние сме способни да променяме нашата генетика и напълно отговорни за собственото си здраве. Тя разкрива връзката между средата ни, начина ни на живот, убежденията и гените ни.

Околната среда

Дълги години се води дискусия за това кое оказва по-голямо влияние върху нашите характеристики – гените ни или околната среда. Всъщност, връзката между тях е много по-сложна. Генетичната ни предпоставка дефинира нашата начална „мелодия“, но епигеномът и околната среда са тези, които решават как мелодията ще бъде изпълнена.

Диета

С това месо забравяме за стареенето

Диетата е не просто начин на хранене, тя е и ключът към промяната на нашия епигеном и към постигането на оптимално здраве. Хранителните ни навици оказват влияние не само върху нашия физически статус, но и върху начина, по който гените ни функционират. Храната не само насища организма с необходимите вещества, но и предоставя сигнали на нашия епигеном за начина, по който да регулира активността на гените.

Възприятие

И не на последно място – възприятието ни. Всички сме чували поговорката „Ти си, какъвто мислиш, че си.“ И докато това може да звучи просто като метафора, то епигенетика доказа, че нашето възприятие и убежденията, които носим в себе си, действително могат да променят нашата генетична активност. Възприемайки средата и реагирайки на нея, нашият епигеном реорганизира гените ни, променяйки начина, по който те се изразяват.

"Котката на Шрьодингер" може да обедини относителността и квантовата механика

Източници:

Harvard University. Gene-Environment Interaction

Kubota, T. et al. Epigenetic understanding of gene-environment interactions in psychiatric disorders: a new concept of clinical genetics

Feil, R., Fraga, M. Epigenetics and the environment: emerging patterns and implications, Published: 04 January 2012, Nature

Последвайте канала на