Rewolucja epigenetyczna w medycynie. Nowe metody wykrywania raka
Mechanizmy epigenetyczne sterują rozwojem naszych komórek. Ich zrozumienie pozwoli skuteczniej wykrywać i leczyć choroby.
Spis treści: Co to jest epigenetyka? Dlaczego epigenetyka może być kluczem do wyjaśnienia, jak powstają choroby? Wczesne wykrywanie nowotworów oparte na epigenetyce Prewencja chorób cywilizacyjnych oparta na epigenetyce Większość z nas pamięta ze szkoły, że to jak wyglądamy i jak funkcjonuje nasze ciało zapisane jest w DNA – materiale genetycznym odziedziczonym od rodziców. Ten sam kod genetyczny znajduje się w niemal każdej komórce naszego ciała, których jest około 30–40 bilionów. I tu pojawia się pytanie, które przez wieki nurtowało naukowców. Jak to możliwe, że z identycznego DNA powstaje tak ogromna różnorodność komórkowa budujące ciało ludzkie? Ciało, w którym jedne komórki przewodzą prąd – komórki nerwowe, inne dają nam możliwość ruchu – komórki mięśniowe itd.? Co to jest epigenetyka? Odpowiedź na to pytanie jest zasadniczo prosta: DNA czytane jest na różne sposoby w różnych typach komórek. To rodzi następne pytanie: kto czy co decyduje o tym, jak materiał genetyczny jest czytany w konkretnej komórce? To właśnie mechanizmy epigenetyczne decydują o tym, jak DNA w komórce jest odczytywane. Dzięki nim z jednej, wspólnej instrukcji powstaje niezwykle złożony organizm, w którym każda komórka odgrywa precyzyjnie zaplanowaną rolę. Epigenetyka to dziedzina nauki badająca te mechanizmy. Dlaczego epigenetyka może być kluczem do wyjaśnienia, jak powstają choroby? Prawidłowe funkcjonowanie mechanizmów epigenetycznych pozwala na rozwój tak skomplikowanej maszyny, jaką jest ludzki organizm, zbudowany z ok. 200 typów komórek. Gdyby taki organizm żył w idealnym środowisku, w którym żaden z czynników nie wpływałby negatywnie na funkcjonowanie mechanizmów epigenetycznych, żylibyśmy długo i w zasadzie bez większości chorób. Takie środowisko niestety nie istnieje. Od naszych pierwszych dni na świecie nasz organizm poddawany jest działaniu niekorzystnych czynników środowiskowych, które zmieniają funkcjonowanie mechanizmów epigenetycznych. Kiedyś myśleliśmy, że zmiany genetyczne, takie jak mutacje DNA, są kluczowe w powstaniu chorób, szczególnie nowotworów. Okazało się jednak, że DNA w naszych komórkach jest bardzo stabilne i nawet jeśli czynniki środowiskowe doprowadzą do powstania mutacji, zasadnicza większość tych mutacji jest przez komórkę naprawiana. Dlatego też w momencie, gdy świat naukowy doszedł do wniosku, że samych mutacji nie da się obarczyć winą za rozwój nowotworów i wielu innych chorób, nastąpił dynamiczny rozwój badań epigenetycznych. A stało się to w zasadzie w latach dwutysięcznych, tak więc epigenetyka jest nauką stosunkowo młodą. Wczesne wykrywanie nowotworów oparte na epigenetyce Pomimo tego, iż epigenetyka jest bardzo młodą dziedziną nauki, osiągnięcia naukowców pracujących w tej dziedzinie są absolutnie zdumiewające. Najlepszym przykładem tych osiągnięć jest prosty test umożliwiający wczesne wykrywanie nowotworów z diagnostycznej próbki krwi. Prototyp takiego testu opartego na markerach epigenetycznych jest już w bardzo zaawansowanych badaniach klinicznych. Co istotne, pomimo lat prób opracowanie takiego testu na markerach genetycznych nie powiodło się. Wprowadzenie do profilaktyki nowotworów prostego testu, który pozwalałby wykrywać nowotwór szczególnie w jego wczesnym stadium i który każdy z nas mógłby wykonać co kilka lat, zrewolucjonizowałoby profilaktykę nowotworową. Największym wyzwaniem współczesnej onkologii jest to, iż większość nowotworów wykrywamy w zaawansowanym i rozsianym stadium, kiedy prognoza jest bardzo poważna. Gdybyśmy mogli wykrywać je wcześniej, leczenie w zdecydowanej liczbie przypadków kończyłoby się chirurgicznym usunięciem guza. Prewencja chorób cywilizacyjnych oparta na epigenetyce Onkologia nie jest jedyną dziedziną medycyny, którą rewolucjonizują badania epigenetyczne. Z postępem badań epigenetycznych coraz jaśniejsze staje się, że zaburzenie mechanizmów epigenetycznych leży u podstaw choroby cywilizacyjnych, takich jak np. cukrzyca typu drugiego. Zrozumienie tych mechanizmów, podobnie jak w nowotworach, może otworzyć drogę nie tylko do skutecznej prewencji, ale także do efektywnego leczenia tych schorzeń. Nasz ekspert prof. Tomasz K. Wojdacz Ekspert od epigenetyki klinicznej. Prezes Międzynarodowego Towarzystwa Epigenetyki Molekularnej i Klinicznej oraz redaktor uznanych czasopism naukowych w dziedzinie badan epigenetycznych.
Połowa naszych genów to „śmieciowe DNA”. Jesteśmy coraz bliżej wyjaśnienia jego roli
Międzynarodowe badanie rzuca nowe światło na działanie ogromnej części naszego materiału genetycznego, długo uważanej za bezużyteczną. Okazuje się, że „śmieciowe DNA” może odgrywać ważną rolę w regulacji aktywności genów.
Spis treści: Czym są transpozony? Problemy w badaniach nad „śmieciowym DNA” Zaawansowana metoda lentiMPRA i jednoznaczne wyniki Międzynarodowe badanie opublikowane w „Science Advances” odkrywa nowe, nieznane dotąd funkcje tzw. śmieciowego DNA, które stanowi aż połowę całego ludzkiego materiału genetycznego. Uważa się, że śmieciowe DNA to fragmenty genomu pochodzące od wirusów, które zostały wchłonięte przez ludzki genom przed wieloma milionami lat. Rola tych fragmentów jak dotąd nie została jednoznacznie wyjaśniona. Czym są transpozony? Naukowcy z Japonii, Chin, Kanady i USA poświęcili szczególną uwagę tzw. sekwencjom MER11 – transpozonom, które stanowią niemal połowę naszego genomu. Transpozony to fragmenty DNA, które mają zdolność przemieszczania się w obrębie genomu tej samej komórki, nazywane często „skaczącymi genami”. Dawniej uznawane za bezużyteczne, obecnie są przedmiotem intensywnych badań. Ich pochodzenie pozostaje niejasne, ale najpopularniejsza hipoteza mówi, że są fragmentami wirusów, w szczególności retrowirusów, które utraciły geny odpowiedzialne za zjadliwość i wbudowały się w genom gospodarza. Naukowcy podejrzewali, że „śmieciowe DNA” bynajmniej nie jest bezużyteczne i najprawdopodobniej odgrywa rolę w regulowaniu ekspresji genów. Teraz te przypuszczenia się potwierdzają. Problemy w badaniach nad „śmieciowym DNA” Badanie przeprowadzone przez naukowców pokazało, że transpozony MER11, dotąd słabo opisane w bazach danych, mogą działać jak „przełączniki genetyczne” i odgrywać ważną rolę w ekspresji genów, szczególnie na wczesnym etapie rozwoju dziecka. Problemem w analizie była ich wysoka powtarzalność i podobieństwo sekwencji. Aby to obejść, badacze opracowali nową klasyfikację transpozonów, opartą na ich występowaniu w genomach innych naczelnych, a co za tym idzie – ich ewolucyjnej historii. Dzięki temu podejściu podzielili grupę MER11A/B/C na cztery podgrupy – od G1 do G4, od najstarszych do najmłodszych. Zaawansowana metoda lentiMPRA i jednoznaczne wyniki Aby bezpośrednio przetestować działanie MER11, wykorzystano zaawansowaną technikę lentiMPRA, umożliwiającą jednoczesne badanie tysięcy sekwencji DNA umieszczanych w komórkach ludzkich. Zastosowano ją do prawie 7000 sekwencji MER11 pochodzących od ludzi i innych naczelnych, mierząc ich wpływ na ekspresję genów w komórkach macierzystych oraz komórkach nerwowych. Wyniki były jednoznaczne – najmłodsza podgrupa MER11_G4 wykazała silną zdolność aktywowania genów. Dodatkowo zawierała unikalne fragmenty DNA, będące miejscami „dokowania” białek transkrypcyjnych odpowiedzialnych za włączanie genów. Naukowcy nazwali je „motywami” i uważają, że odgrywają one istotną rolę w ekspresji genów m.in. pod wpływem czynników środowiskowych. Poza tym odkryto, że sekwencje MER11_G4 w genomach ludzi, szympansów i makaków różniły się. Wynik ten pokazuje zmienność transpozonów podczas ewolucji naczelnych. U ludzi i szympansów potencjał regulacyjny tych fragmentów był wyjątkowo silny, a najsilniejszy w ludzkich komórkach macierzystych. Transpozony z biegiem ewolucji zyskiwały nowe funkcje, wpływając na różnicowanie się gatunków i regulację genów w rozwoju osobniczym. Jak podkreślają autorzy, mimo że ludzki genom został już dawno zsekwencjonowany, znaczna jego część nadal pozostaje tajemnicą. Badanie transpozonów, takich jak MER11, rzuca nowe światło na to, jakie role odgrywa „śmieciowe DNA” w ewolucji i biologii człowieka. Źródło: Science Advances Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.
106-latek z Kalabrii zdradza sekret długowieczności: „No bacco, no tabacco, no venere”
Sto lat to dla niej dopiero początek. Seniorka z Sardynii ujawnia, co naprawdę działa na długowieczność – i to wcale nie dieta, aktywność fizyczna czy geny. Choć wielu szuka sekretu w superfoods, ona przekonuje, że klucz tkwi gdzie indziej – w czymś, co każdy z nas może wdrożyć już dziś.
Długowieczność to nie tylko kwestia genów czy diety – to fascynująca opowieść o stulatkach z Kalabrii, dzieciach z Ekwadoru, które nie rosną, ale nie chorują, i genetycznych sekretach ukrytych w archiwach, mitochondriach oraz krwi. Artykuł odkrywa, jak nowoczesna nauka próbuje rozwikłać zagadkę zdrowego, długiego życia i co łączy mieszkańców odizolowanych społeczności z całego świata. Molochio – wioska stulatków i genetyczny skarb Kalabrii Jest rześki styczniowy poranek, dalekie wierzchołki masywu Aspromonte pobielił śnieg, a w dolinie dojrzewają pomarańcze. Minivan Giuseppe Passarina mknie serpentynami Kalabrii, krainy w czubku włoskiego buta. Kierowca – genetyk z Uniwersytetu Kalabryjskiego – gawędzi z pasażerem Mauriziem Berardellim, geriatrą. Jadą do dwutysięcznej osady Molochio, w której żyje czworo stulatków i czworo 99-latków. Salvatore Caruso wygrzewa akurat swoje 106-letnie kości przed buzującym ogniem kominkiem. Caruso, zwany księgowym (u’raggiuneri) czyta artykuł o końcu świata w tabloidzie. Na półce nad kominkiem stoi oprawiona w ramki kopia metryki urodzenia – z datą 2 listopada 1905 r. Caruso nie narzeka na zdrowie ni pamięć. Dobrze pamięta śmierć ojca w 1913 r. czy wielką epidemię grypy hiszpanki z lat 1918–1919, w której omal nie stracił matki i brata. Geny kontra dieta – co naprawdę wydłuża życie? Pamięta, jak go przeniesiono z wojska do cywila w 1925 r. po wypadku, w którym złamał nogę w dwóch miejscach. Na pytanie Berardellego o przyczyny długowieczności, odpowiada z uśmiechem: – No bacco, no tabacco, no venere – czyli: „żadnego wina, tytoniu, kobiet”. I dodaje, że w młodości jadał głównie figi i fasolę, a ciemnego mięsa niemal nie tykał. Passarino i Berardelli mniej więcej to samo słyszą od 103-letniego Domenica Romea. Ten z kolei opisuje swój jadłospis tak: poco, ma tutto, czyli „po odrobinie wszystkiego”. Podobnie odżywiała się 104-letnia Maria Rosa Caruso. – Dość często mówią, że woleli jedzenie bezmięsne, czyli owoce i warzywa – zauważa Berardelli. – Jedli owoce i warzywa – konstatuje Passarino rzeczowo – bo nic innego nie mieli. Bez względu na to, czy niedojadanie jest wynikiem świadomego wyboru, czy konsekwencją biedy, badania od kilku dziesiątków lat potwierdzały: niskokaloryczne odżywianie i długie życie idą w parze. Ostatnio jednak hipoteza o istnieniu związku między niedojadaniem a długowiecznością zaczęła się chwiać. Naukowa podróż do Ekwadoru – dzieci, które nie rosną, ale żyją dłużej Dzisiejsi naukowcy zaprzęgli do badań nowoczesne metody genomowe, techniki biologii molekularnej oraz – co najważniejsze – analizę danych dotyczących niewielkich, izolowanych genetycznie populacji ludzkich. Daje to coraz lepszy wgląd w przyczyny powstawania chorób wieku podeszłego. Badania w Kalabrii, w Ekwadorze i na Bronksie zaowocowały zidentyfikowaniem białek i innych związków chemicznych, a także szlaków ich przemian, a to kiedyś doprowadzi być może do tego, że każdy dożyje późnej starości. Naukowcy szukający rozwiązania zagadki długowieczności w genach zwrócili uwagę na takich ludzi jak Nicolas Anazco noszący przydomek „Pajarito”, co po hiszpańsku znaczy „Ptaszyna”. Ptaszyna pod wieloma względami nie różni się od innych nastolatków – gra w piłkę nożną i gry komputerowe. Mieszka w czteropokojowym domu w wiejskiej okolicy wyżynnej prowincji El Oro w Ekwadorze. Strome zbocza podnóży Andów spowija tam bujna, niemal rajska zieleń. Ptaszyna, 17-letni młodzieniec, pomaga ojcu w gospodarstwie. Niechętnie wspomina, że gdy poszedł do szkoły, uświadomił sobie, skąd się wzięło przezwisko „Ptaszyna”. Wystarczyło, że się rozejrzał po kolegach w klasie: – Zrozumiałem, że będę niższy od nich. Dużo niższy. W wyniku działania recesywnej mutacji pojedynczego genu Ptaszyna wygląda jak ośmiolatek, ma 114 cm wzrostu. Jest dużo niższy od swego starszego o rok brata Ricarda. Mutacja wywołuje chorobę zwaną karłowatością typu Larona. Ale równocześnie chroni Ptaszynę od wielu chorób nękających zazwyczaj ludzi w podeszłym wieku. Lokalne spotkanie z wielkim potencjałem Pewnego popołudnia Ptaszyna razem z trzema innymi mieszkańcami okolicy, którzy cierpią na ten sam typ karłowatości, wziął udział w lokalnej konferencji zorganizowanej na zapleczu sklepu. Siedzieli na krzesłach, a stopy w dziecięcych butach dyndały im nad podłogą. Freddy Salazar, 39 lat, 116 cm wzrostu, jeździ przerabianym chevroletem z podwyższonym siedzeniem i przedłużonymi pedałami, by mógł dosięgnąć ich stopami. Victor Rivera, 23 lata, nieco wyższy od Salazara, jest znany ze zdjęcia pokazywanego na wielu konferencjach naukowych. Gdy go fotografowano, miał cztery lata i był tak mały, że kolba kukurydzy, którą trzymał, była dłuższa niż cała jego ręka. Luis Sanchez ma 43 lata. Na pytanie, czy wie o najnowszych odkryciach naukowych dotyczących ich choroby, wybucha piskliwym śmiechem, który udziela się towarzyszom. – Śmiejemy się, bo wiemy, że jesteśmy odporni na raka i cukrzycę – wyjaśnia. Wnioski z artykułów naukowych nie są może aż tak kategorycznie sformułowane, niemniej jednak coś jest na rzeczy. Zainteresowanie naukowców populacjami długowiecznymi lub wyjątkowo niepodatnymi na choroby, izolowanymi ze względów geograficznych lub kulturowych, bierze się stąd, że w takich populacjach łatwiej znaleźć genetyczne czynniki sprzyjające długowieczności, odporności, dobremu zdrowiu. Takim naukowcem jest lekarz Ptaszyny Jaime Guevara. Poszukiwania małych ludzi rozpoczął w 1987 r. i przez ćwierć wieku objął badaniami około setki osób z południowego Ekwadoru cierpiących na karłowatość typu Larona. Do pacjentów doktora Guevary należy 40-letnia Meche Romero Robles. Ma 125 cm wzrostu i samotnie wychowuje nastoletnią córkę. Mieszkają w miejscowości Pinas. – Patrzcie tylko! – woła Guevara, ściskając panią Robles. – Biorąc pod uwagę jej tuszę, powinna mieć cukrzycę. A nie ma! Nie cierpi na cukrzycę, tak jak wielu innych karłów. Już w 1994 r. do tego doszedłem, ale nikt nie chciał mi wierzyć – mówi Guevara. Laron, Longo i Guevara – badacze wyjątkowej mutacji To się zmieniło w 2005 r., gdy Valter Longo, cytolog z Uniwersytetu Południowej Kalifornii prowadzący badania nad starzeniem się, zaprosił Guevarę na swoją uczelnię, aby wygłosił referat. Longo już 10 lat wcześniej zaczął manipulować genami nieskomplikowanych organizmów, np. jednokomórkowych drożdży, wytwarzając mutacje, które przedłużały im życie. Mechanizmy ich działania były różne. Niektóre mutanty potrafiły naprawiać uszkodzenia DNA sprawniej, niż dzieje się to w normalnych komórkach. Inne lepiej radziły sobie ze szkodliwym wpływem wolnych rodników. Jeszcze inne miały zdolność unieszkodliwiania tych zmian w DNA, które sprzyjają powstawaniu nowotworów u ludzi. W 1996 r. naukowiec z Uniwersytetu Południowego Illinois Andrzej Bartke dokonywał u myszy manipulacji genów związanych z rośnięciem. Udało mu się wykazać – co nie było niespodzianką – że inaktywacja genów kontrolujących szlaki hormonalne związane ze wzrostem powodowała, że myszy były mniejsze. Niespodzianką okazało się co innego: małe myszy żyły o 40 proc. dłużej niż myszy normalne. Czy coś podobnego zachodzi u ludzi? Czy anomalie genetyczne mogą chronić przed chorobami wieku podeszłego? Izraelski endokrynolog Zvi Laron, który w 1966 r. opisał rodzaj karłowatości nazwany później jego nazwiskiem, znalazł kilkadziesiąt osób dotkniętych tym schorzeniem mieszkających w różnych zakątkach Europy. Valter Longo doszedł do wniosku, że pacjenci Guevary mogą być efektem czegoś w rodzaju naturalnego eksperymentu – izolowaną populacją, której geny wiążą się z długowiecznością. Naukowcy sądzą, że Ekwadorczycy z karłowatością Larona wywodzą się od grupy Żydów z Półwyspu Iberyjskiego, którzy przybyli do Nowego Świata pod koniec XV w., wioząc ze sobą szczególny genetyczny bagaż: omyłkę zwaną mutacją E180 zlokalizowaną w genie odpowiedzialnym za receptor hormonu wzrostu, białko sprawiające, że organizm reaguje na bodźce do rośnięcia. Ten sam błąd genetyczny znaleziono w Izraelu. – Żydzi sefardyjscy uciekali z Hiszpanii i Portugalii przed inkwizycją – do Afryki Północnej, na Bliski Wschód. Wielu dotarło do Ameryki. Dla bezpieczeństwa osiedlali się na prowincji – tłumaczy Harry Ostrer, genetyk z wydziału medycyny na Uniwersytecie Jesziwa w Nowym Jorku. Przez stulecia mutacja utrzymywała się i rozprzestrzeniała w populacji, wzmacniana przez izolację i małżeństwa krewniacze. – Właściwie wszyscy jesteśmy spokrewnieni – mówi Christian Asanza Reyes z Balsas. Jest wysoki, ale to nie przeszkodziło jemu i jego żonie w przekazaniu genu karłowatości dwójce z trojga ich dzieci. Guevara i Longo nawiązali współpracę w 2006 r. W grupie dotkniętej karłowatością typu Larona nie było ani jednego przypadku cukrzycy i zanotowano tylko jeden nowotwór, zresztą niegroźny. Wśród członków grupy kontrolnej złożonej z mieszkańców tej samej okolicy i w tym samym wieku Guevara i Longo u 5 proc. wykryli cukrzycę, a 20 proc. zmarło na nowotwory. W późniejszych badaniach, które prowadził Longo, okazało się, że krew pobrana od pacjentów z Ekwadoru miała własności chroniące komórki ludzkie przed wywoływanymi w laboratorium nowotworami. Jaki magiczny składnik zawierała ta krew? – Żadnego – wyjaśnia Longo. Dlaczego brak IGF-1 może chronić przed nowotworami? Jak to rozumieć? Chodzi o brak pewnej substancji, hormonu zwanego insulinopodobnym czynnikiem wzrostu 1, w skrócie IGF-1. Własności ochronne krwi wynikają, jak wyjaśnia Longo, z niezwykle niskiej zawartości IGF-1. Czynnik ten odgrywa ważną rolę w rośnięciu dziecka, ale wiąże się także z przyspieszaniem wzrostu nowotworów i jest regulatorem metabolizmu. Czy ograniczenie obecności tego hormonu we krwi może opóźnić rozwój chorób wieku starczego? To prawdopodobnie nie takie proste, niemniej w badaniach nad długowiecznością wciąż pojawiają się doniesienia o wpływie IGF-1. Kalabryjskie księgi życia – genealogia jako klucz do długowieczności W Kalabrii polowanie na ukryte białka i mechanizmy odpowiedzialne za długowieczność rozpoczyna się w urzędach stanu cywilnego, dajmy na to w średniowiecznym miasteczku Luzzi. W wysokich regałach stoją tam cenne księgi. Rząd włoski po zjednoczeniu kraju w 1861 r. nakazał urzędnikom rejestrować urodzenia, małżeństwa i zgony obywateli. A naukowcy z Uniwersytetu Kalabryjskiego od 1994 r. ryją w tych dokumentach w każdej z 409 gmin Kalabrii – i wyłania się z tego niezwykły obraz. Porównanie rodowodów z prostymi wskaźnikami zdrowotnymi i najnowszymi metodami genomowymi pozwoliło zająć się fundamentalnymi zagadnieniami długowieczności. Na ile decyduje o niej dziedziczność? Na ile warunki środowiska? Jak te czynniki ze sobą współdziałają, sprzyjając długowieczności – lub przeciwnie, przyspieszając starzenie się? – Oto księga metrykalna z 1905 r. – tłumaczy Marco Giordano, jeden ze współpracowników Giuseppe Passarina, otwierając rejestr. Pokazuje starannie wykaligrafowany wpis urodzenia Francesca D’Amato z dnia 3 marca 1905 r. – Zmarł w 2007 r. – dodaje Giordano. D’Amato jest tzw. probantem, czyli centralną osobą tablicy genealogicznej. – Na podstawie tych dokumentów możemy ustalić rodowody poszczególnych rodzin. Porównując wpisy metrykalne ze szczegółowymi fiszkami sięgającymi XIX stulecia, Giordano sporządził drzewa genealogiczne 202 mieszkańców Kalabrii, którzy przekroczyli 90 lub 100 lat. W księgach znaleziono nie tylko braci i siostry stulatków, ale też małżonków i małżonki tychże. – Porównaliśmy wiek, który osiągnęli bracia i siostry D’Amato, z wiekiem ich małżonków – wyjaśnia Giordano. – Żyli w tych samych warunkach. To samo jedli. Tak samo się leczyli. Pochodzili z tej samej społeczności. Ale geny mieli różne. Artykuł kalabryjskich badaczy, który ukazał się w 2011 r., zawierał zaskakujący wniosek: rodzice i rodzeństwo osób, które dożyły co najmniej dziewięćdziesiątki, żyli dłużej niż przeciętnie, co potwierdzało wcześniejsze ustalenia badawcze, lecz okazało się, że czynniki dziedziczne silniej wpływają na długowieczność mężczyzn niż kobiet. Mężczyźni dziedziczą długowieczność? Zróżnicowanie płciowe wyników pokazuje, że wpływ genów na długowieczność jest złożony bardziej, niż się wydawało. Większość europejskich badań wykazywała dotąd, że kobiety dożywają setki z większym prawdopodobieństwem niż mężczyźni, i wśród stulatków kobiet jest nawet pięciokrotnie więcej niż mężczyzn. Wskazywano, że ta prawidłowość ma uwarunkowanie, przynajmniej częściowo, dziedziczne. Ale analizując szczegóły tablic genealogicznych, kalabryjscy naukowcy wykryli paradoks: dziedziczny komponent długowieczności wydaje się silniejszy u mężczyzn, ale kobiety wyciągają większą korzyść ze sprzyjających warunków środowiska, takich jak zdrowy jadłospis i lepsza opieka lekarska. Smak na długie życie – polifenole i metabolizm W półmroku korytarza przy uniwersyteckim gabinecie Passarina stoi kilka lodówek wypełnionych probówkami z krwią stulatków. Próbki DNA z tej krwi i innych tkanek ujawniły dalsze tajemnice długowiecznych Kalabryjczyków. I tak na przykład osoby żyjące ponad 90 lat mają częściej niż inni pewien szczególny allel genu ważnego dla odczuwania smaków i trawienia. Sprawia on, że osobom tym smakują gorzkawe pokarmy, jak brokuły i różne zielone warzywa liściowe, które obfitują w zdrowe polifenole, a ponadto komórki ich jelit sprawniej wchłaniają substancje odżywcze z trawionego pożywienia. Passarino stwierdził też, że u stulatków występuje „wzmocniona” wersja genu kodującego tzw. białko rozprzęgające (UCP, zwane też termogeniną). Odgrywa ono główną rolę w przemianie materii – w sposobie zużywania energii i regulowaniu temperatury ciała, a to z kolei wpływa na tempo starzenia się. – Zdołaliśmy określić kilka szlaków metabolicznych mających największy wpływ na długowieczność. Większość wiąże się z reagowaniem na stres, z metabolizmem substancji odżywczych lub ogólnie przemianą materii i wykorzystaniem energii. Bronx i geny HDL – stulatkowie z dobrym cholesterolem Inny kontynent, inna genetyczna wyspa. Nad Bronksem wiszą chmury, a 81-letnia Jean Sisinni przechadza się po pokoju. Maszerując, recytuje co drugą literę alfabetu (B… D… F… H…). Tymczasem czujnik umocowany na czole mierzy aktywność neuronów płatów czołowych jej mózgu, a dywan rejestruje każdy krok. – Świetnie pani idzie! – mówi Roee Holtzer, neuropsycholog z Uniwersytetu Jesziwy, który prowadzi badania funkcjonowania mózgu i zdolności motorycznych u osób w podeszłym wieku. Jedno z nich polega na sprawdzaniu, jak sobie pacjenci radzą z „wielozadaniowością”. Holtzer wraz z neurologiem Joe Verghesem wykazali w poprzednich badaniach, że można na podstawie tego, na ile dobrze ktoś radzi sobie z myśleniem (którym zajmuje się kora czołowa) w trakcie wykonywania zadań ruchowych, takich jak chodzenie i mówienie, przewidzieć ryzyko wystąpienia w przyszłości otępienia starczego, ograniczenia zdolności ruchowych oraz upadków. Powyższe doświadczenie jest uzupełnieniem badań Nira Barzilaia. Ten izraelski lekarz rozpoczął w 1998 r. badania trojga nowojorskich stulatków. Dziś program ten obejmuje 500 osób w wieku powyżej 100. roku życia mieszkających w Nowym Jorku i okolicach. Wszyscy pochodzą z Europy Środkowej i są aszkenazyjskimi Żydami, czyli wywodzą się z grupy przez stulecia izolowanej genetycznie i kulturowo. W tej jednorodnej wewnętrznie grupie naukowcy znaleźli zestaw genów związanych z długowiecznością; w tym te same, które zidentyfikowano w badaniu włoskim. W miarę gromadzenia danych naukowcy zauważyli, że aszkenazyjscy stulatkowie charakteryzują się wyjątkowo wysokim stężeniem HDL, zwanego „dobrym cholesterolem”. Okazało się, że jeszcze wyższe jego stężenie występuje u dzieci tych stulatków. To skłoniło do analizy DNA około setki genów, o których wiadomo, że w jakiś sposób kontrolują metabolizm cholesterolu. Udało się zidentyfikować pewien podtyp genu zwanego CETP, odpowiedzialnego za białko transportujące estry cholesterolu, który występuje częściej u stulatków niż w pozostałej populacji. Szczegółowe badania tej „stulatkowej” wersji genu CETP potwierdziły to, co wynikało z wcześniejszych badań: ta szczególna odmiana genetyczna chroni przed chorobą wieńcową. Co więcej, osoby z tym podtypem genetycznym – nie tylko stulatkowie – lepiej sobie radzą w eksperymentach z zadaniami poznawczymi typu „mówienie podczas chodzenia”. Dwie duże firmy farmaceutyczne prowadzą obecnie badania nad lekami, które hamują wytwarzanie CETP, tak jak to czyni wariant genetyczny występujący u stulatków. Barzilai i jego współpracownicy zajęli się też mitochondriami stulatków. Są to komórkowe „elektrownie” mające swoje własne DNA, własne geny i własne odmiany tych genów o zasadniczym znaczeniu metabolicznym. Humanina – białko, które może zmienić medycynę Zespół Barzilaia zidentyfikował kilka białek mitochondrialnych występujących u osób żyjących ponad 90, a nawet 100 lat. Jedno z tych białek, humanina, przedstawia się szczególnie interesująco, przynajmniej w doświadczeniach ze zwierzętami. Barzilai twierdzi, że jeden zastrzyk z humaniny podany choremu na cukrzycę szczurowi powoduje unormowanie się poziomu glukozy i właściwie likwiduje wszystkie objawy cukrzycy w ciągu paru godzin. Zapobiega też miażdżycy i chorobie Alzheimera u myszy, podatnych na te choroby. Szeroko zakrojony i ambitny program badawczy nad długowiecznością na Uniwersytecie Jesziwy należy do nowej fali badań nad genetyką człowieka, które przedtem skupiały się głównie na poszukiwaniu genów odpowiedzialnych za poszczególne choroby. – Wszyscy szukają genów cukrzycy, otyłości itd. A nie znajdują ich dlatego, że mamy też zestawy genów obronnych – tłumaczy Barzilai. Jak się zdaje – mogą one być „silniejsze” niż geny związane z chorobą czy starzeniem się. Gen obronny FOXO3 – tropem tajemnicy długowieczności Gen o kryptonimie FOXO3 jest jednym z najbardziej intrygujących. W jeszcze jednym badaniu izolowanej populacji naukowcy z Uniwersytetu Hawajskiego odkryli wariant genu występujący u długowiecznych mieszkańców Oahu pochodzenia japońsko-amerykańskiego. Jest to gen odpowiedzialny za ten sam insulinowy szlak metaboliczny IGF-1, który ujawnił się w populacji dotkniętej karłowatością Larona w Ekwadorze. Obronne geny są też tematem badań naukowców ze Scripps Translational Science Institute w La Jolla w Kalifornii. Eric Topol przeczesuje tu DNA około tysiąca osób, które nazwali „krzepkimi staruszkami”. Są to osoby po 80. roku życia niewykazujące objawów żadnych chorób przewlekłych, jak nadciśnienie, choroba wieńcowa czy cukrzyca. – Muszą istnieć jakieś geny regulatorowe, które odpowiadają za to, że te osoby uchroniły się przed chorobami związanymi z podeszłym wiekiem. I my na nie polujemy – mówi Topol. Co determinuje starość? Trop prowadzi do życia płodowego Wyścig do odkrycia zagadki długowieczności skłonił naukowców do przyjrzenia się okresowi życia, który – jak się okazuje – jest ważny dla ustalenia tempa starzenia się osobnika. Chodzi o życie płodowe. Badacze podejrzewają, że nasz wzorzec starzenia się ustalany jest bardzo wcześnie, zapewne jeszcze przed naszym urodzeniem. Chcąc sprawdzić tę hipotezę, Francine Einstein i John Greally badają markery chemiczne na DNA komórek macierzystych pobranych z krwi pępowinowej noworodków urodzonych na Bronksie i porównują ze sobą te markery u dzieci, które przyszły na świat z niską, normalną lub wysoką wagą urodzeniową. Okazuje się, że obraz markerów DNA u noworodków małych i dużych mocno różni się od tego u noworodków z wagą w normie. Badania te należą do nowego kierunku badawczego w biologii, tzw. epigenetyki zajmującej się wpływami środowiska na powstawanie zmian w DNA i w efekcie zmian w aktywności genów w ciągu życia osobnika. Według Barzilaia: – w macicy mogą działać czynniki, które wpływają na mechanizmy genetyczne ustalające tempo starzenia się. Innymi słowy płód staje się ojcem starca. Ale tajemnica długowieczności kryje się zapewne nie tylko w genach. Specjaliści nawołują do ostrożności, przypominając niedawne badania nad wpływem odżywiania z niedoborem kalorycznym na długowieczność. Badania nad 41 różnymi szczepami genetycznymi myszy wykazały, że ograniczenie ilości pożywienia daje sprzeczne wyniki. I tak, blisko połowa szczepów myszy żyła dłużej, ale tyle samo szczepów żyło na diecie z niedoborem kalorycznym krócej. W sierpniu ubiegłego roku wieloletnie eksperymenty prowadzone na małpach przez amerykański National Institute on Aging dowiodły, że przetrzymywanie zwierząt na diecie niskokalorycznej przez 25 lat nie wykazało żadnego pozytywnego wpływu na długowieczność. Gdy jedziemy do laboratorium po wizycie u stulatków w Molochio, Passarino wyjaśnia: – Nie jest tak, że mamy dobre geny i złe geny. Wszystko zależy od sytuacji, w pewnych sytuacjach pewne geny są dobre, w innych nie. A koniec końców wpływ genów na długowieczność to nie więcej niż 25 proc. Ważny jest też wpływ środowiska. No i jest jeszcze szczęście. Dieta i geny to nie wszystko – potrzebne jest też szczęście I to przywodzi nam na myśl Salvatore Carusa. Ponieważ 88 lat temu złamał sobie nogę, uznano go za niezdolnego do dalszej służby wojskowej i zwolniono do cywila. Tymczasem jego oddział brał udział w wojnie. – Wszystkich kolegów wysłano na front wschodni. Nie wrócił ani jeden – wspomina Caruso. ŹRÓDŁO: National Geographic; Grant NGS Badania Valtera Longo były współfinansowane ze składek członków Towarzystwa National Geographic
Co dziedziczymy po mamie? Nie tylko jej geny wpływają na całe nasze życie
Dziedziczenie to nie tylko kolor oczu czy fizyczne podobieństwo. To także molekularne ślady, który nosimy w każdej komórce ciała. Z okazji Dnia Matki przyglądamy się temu, co naprawdę dostajemy od mam – i jak bardzo wpływa to na nasze życie.
Spis treści: Mitochondria – pamiątka po matce, którą nosisz w każdej komórce Matczyny łańcuch pokoleń: co mówią naukowcy? Nie tylko DNA – imprinting i epigenetyka od mamy Kiedy myślimy o tym, co dostajemy od naszych matek, zwykle przychodzą nam do głowy cechy takie jak kolor oczu, temperament czy talent do jakiejś dziedziny. Od mamy dostajemy wszak 50% naszych genów. Jednak co dokładnie w nich otrzymujemy? Jak głęboko sięga wpływ matki nie tylko biologicznie, ale też molekularnie? Dziedziczenie matczyne to fascynujący obszar genetyki, który obejmuje nie tylko przekazywane przez DNA informacje, ale też sposób, w jaki są one regulowane i odczytywane przez nasze komórki. Mitochondria – pamiątka po matce, którą nosisz w każdej komórce Jednym z najbardziej bezpośrednich przykładów dziedziczenia matczynego jest mitochondrialne DNA (mtDNA). Mitochondria to organelle komórkowe. W ich wnętrzu zachodzi proces oddychania komórkowego, w którym z glukozy i tlenu powstaje ATP (adenozynotrójfosforan) — podstawowy nośnik energii w organizmach żywych. Są często określane jako „elektrownie komórek”. Posiadają własny materiał genetyczny, odrębny od DNA jądrowego. Najciekawsze jest to, że mtDNA dziedziczymy wyłącznie od matki. Dzieje się tak dlatego, że podczas zapłodnienia to komórka jajowa dostarcza większość cytoplazmy i organelli, w tym mitochondria, do rozwijającego się zarodka. Plemnik, choć również zawiera mitochondria, nie przekazuje ich dalej — przepadają podczas fuzji komórek rozrodczych. Oznacza to, że każdy z nas nosi w sobie molekularny ślad swojej matki, który można prześledzić tysiące pokoleń wstecz. Matczyny łańcuch pokoleń: co mówią naukowcy? Właśnie na podstawie analizy mtDNA naukowcy z Harvardu potrafili odtworzyć migracje ludzkich populacji i potwierdzić istnienie tzw. „mitochondrialnej Ewy”. Czyli hipotetycznej kobiety, od której wywodzi się linia mtDNA wszystkich współczesnych ludzi. Zatem oprócz naszych własnych mam, ludzkość posiada także prehistoryczną „pramatkę”. Nie tylko DNA – imprinting i epigenetyka od mamy Jednak dziedziczenie nie ogranicza się do samych genów. Kluczową rolę odgrywa również uaktywnianie ich w komórkach jajowych oraz plemnikach. Imprinting genomowy to zjawisko, w którym pewne geny są aktywowane tylko wtedy, gdy pochodzą od konkretnego rodzica — matki lub ojca. W przypadku imprintingu matczynego, niektóre fragmenty DNA są „wyciszane”, jeśli pochodzą od ojca, a aktywne pozostają tylko kopie matczyne. Mechanizm ten jest regulowany chemicznie przez grupy metylowe, które zmieniają sposób odczytywania genów bez ingerencji w ich sekwencję. Takie geny odgrywają często kluczową rolę w rozwoju zarodka i łożyska. Przykładem może być gen H19, aktywny tylko wtedy, gdy pochodzi od matki, a którego nieprawidłowa regulacja może prowadzić do nowotworów lub zaburzeń wzrostu. Tu wkracza kolejna fascynująca dziedzina genetyki — epigenetyka, badająca zmiany w ekspresji genów. Nie wynikają one z samego zapisu DNA, ale z tego, jak geny są „opakowane” i dostępne dla komórkowej maszynerii. Część tych „instrukcji” epigenetycznych może być dziedziczona i również pochodzić od matki. W okresie ciąży środowisko, w jakim żyje mama (dieta, stres, narażenie na toksyny) może wpływać na epigenetykę rozwijającego się płodu, programując pewne jego cechy na całe życie. Badania Harvard Medical School wykazały, że dzieci kobiet narażonych w ciąży na chroniczny stres mają zmienioną metylację genów odpowiedzialnych za regulację emocji i reakcji stresowej. To może zwiększać ryzyko zaburzeń psychicznych w dorosłości. Dziedziczenie matczyne to zatem coś więcej niż tylko fizyczne podobieństwo. To cała sieć subtelnych, złożonych interakcji genów i środowiska, w których rola matki okazuje się kluczowa. Każdy z nas jest nosi w sobie molekularną obecność swojej mamy, zakodowaną w każdej komórce ciała. Nasza autorka Magdalena Rudzka Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.
Europejscy żeglarze z epoki kamienia. 8000 lat temu potrafili dopłynąć do Afryki
Nowe badania genetyczne wykazały, że Europejczycy z epoki kamienia łupanego byli bardzo sprawnymi żeglarzami. Analiza DNA szczątków z północnej Afryki wykazała, że starożytni ludzie przypłynęli tam przez Morze Śródziemne.
Spis treści: Żegluga w epoce kamienia Naukowcy zbadali DNA 9 osób Nowe dowody na migracje pomiędzy Europą a Afryką w epoce kamienia Historia żeglarstwa sięga czasów prehistorycznych. Jedną z najstarszych łodzi, jaką kiedykolwiek odnaleziono, jest canoe Pesse. Ta pierwotna forma kajaka pochodzi z wczesnego okresu mezolitu i datowanie wykazało, że mogła powstać nawet 10 tys. lat temu. Łódź tę odnaleziono w holenderskiej wsi Pesse, której zawdzięcza swą nazwę. Żegluga w epoce kamienia Najstarsze łodzie były wykorzystywane do podróży najczęściej rzekami, aby przemieścić się z jednego miejsca do drugiego, a czasem, żeby zwyczajnie przeprawić się na drugi brzeg. Żegluga morska na większą skalę rozwinęła się w czasach starożytnych. Jednymi z najlepszych żeglarzy w tamtym okresie byli Fenicjanie. Dzięki swoim wybitnym umiejętnościom prowadzili handel w portach Morza Śródziemnego. Jednak najnowsze odkrycie rzuca zupełnie nowe światło na umiejętności żeglarskie ludzi żyjących w epoce kamienia łupanego. Na łamach czasopisma „Nature” naukowcy opisali badanie DNA prehistorycznych szczątków z Tunezji i północno-wschodniej Algierii. Okazuje się, że osoby te pochodziły z Europy i przypuszczalnie przybyły do Afryki ok. 8000 lat temu. – Starożytne DNA z regionu Morza Śródziemnego ujawniło dalekosiężne powiązania i transformacje populacji związane z rozprzestrzenianiem się gospodarek produkujących żywność. Jednak, w przeciwieństwie do Europy, dane genetyczne z tej kluczowej transformacji w północnej Afryce są ograniczone i były dostępne tylko z dalekiego zachodniego Maghrebu w Maroku – napisali w swojej pracy naukowcy, którzy pochodzili z USA, Włoch, Tunezji i Francji. Naukowcy zbadali DNA 9 osób Badacze przeanalizowali genomy dziewięciu osób, które żyły od późnej epoki kamienia do okresu neolitu. – Co najmniej jedna osoba z Dżebby (Tunezja), datowana na około 8000 lat p.n.e., miała geny, które pochodziły od europejskich łowców-zbieraczy. Prawdopodobnie odzwierciedla to migrację we wczesnym holocenie przez Cieśninę Sycylijską – wyjaśnia Mark Lipson, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Harvarda i główny autor badania. – Szczególnie uderzające było DNA mężczyzny z Dżebby. Około 6% jego materiału genetycznego było powiązane z europejskimi łowcami-zbieraczami, co sugeruje, że jego przodkowie mieszali się z Europejczykami około 8500 lat temu – tłumaczy. – Kobieta z tego samego stanowiska archeologicznego również wykazywała ślady tego genetycznego związku, wskazując na wczesny kontakt między populacjami po obu stronach Morza Śródziemnego – dodaje Lipson. Nowe dowody na migracje pomiędzy Europą a Afryką w epoce kamienia Autorzy podkreślają, że odkrycia archeologiczne od dawna wskazują na interakcje prehistorycznych ludzi w Europie i Afryce Północnej. Chodzi przede wszystkim o podobieństwa w technologii wyrobu narzędzi kamiennych. – Dodatkowym dowodem, który potwierdza tę hipotezę, jest odkrycie obsydianu, szkła wulkanicznego, używanego do wytwarzania narzędzi, w Tunezji. Materiał ten pochodził z Pantellerii, małej włoskiej wyspy znajdującej się w Cieśninie Sycylijskiej – twierdzą badacze. Dodają, że potwierdza to teorię, iż handel i podróże łączyły północne i południowe wybrzeża Morza Śródziemnego. – Chociaż w Afryce Północnej nie znaleziono żadnych szczątków łodzi z tej epoki, prymitywne statki i canoe znajdowano w różnych miejscach Europy, m.in. we włoskim jeziorze Bracciano. To sugeruje, że wczesne populacje Morza Śródziemnego posiadały umiejętności niezbędne do podróży morskich. Chociaż nie ma bezpośredniego związku między tymi statkami a migracją ludzi, stanowią one dowód na to, że wczesna żegluga istniała – twierdzi prof. Lipson. Źródło: Nature Nasz autor Jakub Rybski Dziennikarz, miłośnik kina niezależnego, literatury, ramenu, gier wideo i dobrego rocka. Wcześniej związany z telewizją TVN24 i Canal +. Zawodowo nie boi się podejmować żadnego tematu, prywatnie bardzo zainteresowany polityką. Autor bloga na Instagramie "Mini Podróże".
Odkryto gen odpowiedzialny za jeden z najbardziej śmiercionośnych typów raka piersi
Gen o sygnaturze IntClust2 jest odpowiedzialny za szczególnie agresywną formę raka piersi. W badaniu na myszach udało się zablokować jego efekt i powstrzymać rozwój choroby.
Hormonozależność oznacza, że komórki nowotworowe rosną i namnażają się w odpowiedzi na żeński hormon płciowy estrogen. W przypadku guza z obecnym receptorem estrogenowym standardową terapią jest podawanie środka blokującego działanie hormonu na komórki nowotworowe. Nowotwór badany w instytucie medycznym im. Harry Perkinsa (z sygnaturą IntClust2) jest groźny, bo opierał się terapii i po jej zakończeniu doprowadzał do wznowienia lub powstania przerzutów. Od 2012 roku istnieje sposób klasyfikowania raka piersi według 10 sygnatur zwanych Integrative Clustering (IntClust). Każda z tych grup różni się typami stawianych genetyków wyzwań, każda niesie za sobą inną prognozę dla pacjentki. Hormonozależny IntClust2 zabija co drugą chorą na tę formę raka piersi, twierdzi epigenetyk Pilar Blancafort. IntClust charakteryzuje się jedną szczególnie zamplifikowaną (zwielokrotnioną) sekcją DNA chromosomu XI. Ten fragment kodu zawiera wiele znanych cancerogennych genów. Jeden z nich wzbudził szczególne zainteresowanie badaczy z Australii. W poszukiwaniu informacji na temat występowania AAMDC badacze z instytutu Perkinsa przyjrzeli się próbkom od 119 pacjentek dotkniętych guzami typu luminal B. Oceniali poziom ekspresji tego genu w próbkach. Ekspresja to proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego „produkty”, czyli białka czy różne formy RNA. Okazało się, że w 25 proc. próbek AAMDC było amplifikowane. Były to głównie nowotwory ER+. Stosując eksperymentalną technikę regulacji ekspresji genu zwaną knock down (ang. powalenie) naukowcy obniżyli poziom AAMDC w komórkach nowotworowych u myszy. Skutek? Wzrost komórek został powstrzymany i wiele z nich uruchomiło proces samozniszczenia. Tzw. zaprogramowana śmierć to prawidłowa reakcja komórki po wykryciu uszkodzenia. - Mamy nadzieję, że wykrycie skuteczności tej techniki dramatycznie wpłynie na niskie dotąd prognozy pacjentek z tą formą guza – zauważa w informacji prasowej Pilar Blancafort. AAMDC pomaga nowotworowi niszczonemu terapią hormonalną. Mają one na celu zagłodzić raka stosującego hormony w procesie wzrostu. Tymczasem, istnienie dodatkowych kopii (owa amplifikacja) genu AAMDC pozwala rakowi przetrwać „chude lata” w stanie uśpienia. - AAMDC jest jak zestaw survivalowy na czarną godzinę. Dzięki niemu nowotwór może adaptować się do trudnej sytuacji i nadal rosnąć i namnażać się – wyjaśnia epigenetyk. Co ważne, amplifikowane geny AAMDC odnajduje się w próbkach raka jajników, prostaty czy płuc. Być może odkryta w Australii technika może pomóc i w terapii tych nowotworów. - To co kluczowe w naszym odkryciu, to wiedza pozwalająca na wykrywanie szczególnie groźnych form raka poprzez szukanie zwielokrotnionych kopii genuy AAMDC w komórkach rakowych – dodaje Blancafort.
Dwa słowa o bliźniętach. "Czasami przechodzi mnie dreszcz, gdy obserwuję niesamowite podobieństwo ich zachowań" [REPORTAŻ]
Każdego lata w pierwszy weekend sierpnia tysiące bliźniąt zjeżdża do Twinsburga w amerykańskim stanie Ohio, miasteczka nazwanego na cześć bliźniąt przez braci bliźniaków dwa wieki temu.
Dave i Don Wolfowie z Fenton w stanie Michigan na festiwalu goszczą od lat. Tak jak większość bliźniąt przyjeżdżających do Twinsburga, bracia lubią przebywać w swoim towarzystwie. W zasadzie spędzili ze sobą całe życie. Przez ostatnie 18 lat 53-letni kierowcy z długimi, identycznymi brodami przejechali wspólnie ponad 5 mln kilometrów, wożąc po Stanach towary wielką ciężarówką. Kiedy jeden siedzi za kierownicą, drugi odsypia w kabinie. Słuchają tych samych stacji radiowych, muzyki w stylu country gospel, a ich ulubione przekąski w drodze to kiełbasa pepperoni, jabłka i ser cheddar. W wolne dni polują lub łowią ryby. Razem, rzecz jasna. Taki styl życia najbardziej im odpowiada. – To pewnie typowe dla bliźniąt – mówi Don. Dzisiejszego popołudnia na festiwalu bracia zatrzymali się przy stoisku badawczym sponsorowanym przez FBI, Uniwersytet Notre Dame i Uniwersytet West Virginia. Wewnątrz wielkiego białego namiotu technicy fotografują pary bliźniąt aparatami o dużej rozdzielczości, pobierają ich odciski palców i skanują tęczówki, by sprawdzić, czy najnowocześniejsze oprogramowanie będzie w stanie je rozróżnić. – Mimo że jednojajowe bliźnięta mogą wyglądać niemal identycznie, system cyfrowej identyfikacji potrafi wypatrzyć różnicę w układzie piegów, porów czy kąta ułożenia brwi – wyjaśnia informatyk Patrick Flynn. Jak dotąd nawet najbardziej zaawansowane technologicznie programy mylą się z powodu załamania światła czy zmiany wyrazu twarzy. Bracia Wolfowie stanowią dla naukowców nie lada wyzwanie, bo brody zasłaniają każdemu połowę twarzy. Badanie zdaje się ich bawić. – Gdy pstryknięto mi zdjęcie, zapytałem jednego z techników, czy gdybym teraz popełnił jakąś zbrodnię, a następnie zgolił brodę, rozpoznano by mnie na podstawie wcześniejszej fotografii. Mój rozmówca po chwili namysłu odparł, że prawdopodobnie nie, ale poradził, bym jednak tego nie robił. Biologia i środowisko Flynn i jego współpracownicy nie są jedynymi naukowcami prowadzącymi badania w Twinsburgu. Kilka innych zespołów rozstawiło swoje namioty na obrzeżach festiwalowego terenu. Tuż obok stanowiska FBI ulokowali się badacze z Monell Chemical Senses Center w Filadelfii, którzy zapraszają bliźnięta na degustację alkoholu, by sprawdzić, czy ich reakcje smakowe będą takie same. Nieco dalej lekarz rozmawia z dwiema siostrami o chorobach kobiecych, a inny prowadzi wywiad z kolejną parą bliźniąt na temat uszkodzeń skóry. Badanie bliźniąt daje okazję odkrycia zagadki wpływu biologii i wychowania na charakter człowieka. Ponieważ bliźnięta jednojajowe pochodzą z jednego zapłodnionego jajeczka, które dzieli się na dwa, mają identyczny kod genetyczny. Jakiekolwiek różnice między nimi – np. jedno z rodzeństwa może mieć skórę, która wygląda młodziej – wywołane są czynnikami środowiskowymi, takimi jak krótsza ekspozycja na słońce. Innym tropem badawczym jest analiza porównawcza doświadczeń bliźniąt jednojajowych i dwujajowych, zrodzonych z różnych komórek jajowych, które mają średnio połowę genów wspólnych. Dzięki takim badaniom można ocenić, w jakim zakresie to geny determinują nasze życie. Jeżeli bliźnięta jednojajowe są w większym stopniu narażone na daną chorobę niż bliźnięta dwujajowe, wówczas można uznać, że podatność na tę przypadłość ma swoje źródła przynajmniej w części w dziedziczności. Badania nad bliźniętami pozwoliły naukowcom na wyciągnięcie radykalnych wniosków: biologia i wychowanie nie są jedynymi siłami oddziaływającymi na człowieka. Zgodnie z odkryciami nowej dziedziny nauki – epigenetyki – trzeba brać pod uwagę trzeci czynnik. W pewnych przypadkach spełniał on funkcję pomostu między środowiskiem i genami, a w innych samodzielnie oddziałuje na kształt osobowości. Bliźnięta Jim Pomysł wykorzystania bliźniąt do zmierzenia wpływu dziedziczności nie był nowy, ale dopiero przypadek dwóch braci bliźniaków o imieniu Jim pozwolił wykorzystać go w pełni. Urodzeni w Piqua w stanie Ohio w 1939 r. Jim Springer i Jim Lewis zostali oddani do adopcji jako niemowlęta i byli wychowani przez dwie różne pary, które dały przybranym synom takie samo imię. Gdy Jim Springer spotkał się z bratem w 1979 r. (mieli wtedy 39 lat), odkrył szereg innych podobieństw. Obaj mężczyźni mierzyli 180 cm i ważyli 82 kg. Dorastając, obaj mieli psa imieniem Toy i spędzali wakacje w St Pete Beach na Florydzie. Jako młodzi mężczyźni obaj ożenili się z kobietami o imieniu Linda, a następnie rozwiedli. Drugie żony obu panów miały na imię Betty. Synom nadali imiona James Alan i Alan James. Obaj pracowali na część etatu jako szeryfowie, lubili majsterkowanie, cierpieli na uporczywe migreny, palili papierosy marki Salem i pijali piwo Miller Lite. Mimo że nosili inne fryzury, obaj uśmiechali się w podobny sposób, a ich głosy były nie do rozróżnienia. Obaj też przyznali, że lubią zostawiać swoim żonom liściki miłosne w różnych miejscach domu. Thomas Bouchard, psycholog z Uniwersytetu w Minnesocie, dowiedziawszy się o ich istnieniu, zaprosił obu na serię testów. – Pamiętam, jak siedzieliśmy przy jednym stole podczas pierwszego spotkania. Obaj mieli paznokcie obgryzione do samej skóry. Pomyślałem, że żaden psycholog nigdy o to nie zapyta, a mnie objawiło się to samo. Sceptycy twierdzili później, że podobne szczegóły wyolbrzymiano i wiele z nich było wyłącznie dziełem przypadku. Mimo to Nancy Segal, profesor psychologii na Stanowym Uniwersytecie Kalifornii w Fullerton, potwierdza, że podobieństwa między braćmi Jim są niezwykłe. – Poznałam ich jakiś rok po ich pierwszym spotkaniu i byli naprawdę identyczni. Każdy nosił inną fryzurę, ale i tak trudno było ich rozpoznać. Od tego czasu badacze odkryli więcej bliźniąt rozłączonych w dzieciństwie. W ciągu 20 lat 137 par bliźniąt odwiedziło laboratorium Boucharda w ramach programu nazwanego Badaniem Rozdzielonych Bliźniąt. Rodzeństwa badano pod kątem zdolności umysłowych, np. znajomości słownictwa, arytmetyki, pamięci wizualnej i orientacji przestrzennej. Rodzeństwa przeszły również badania płuc i serca, analizę fal mózgowych, rozliczne testy osobowości i na inteligencję. Pytano je nawet o przeszłość seksualną. Łącznie każdy bliźniak musiał odpowiedzieć na ponad 1,5 tys. pytań. Uzbrojony w ogromną liczbę danych Bouchard, Segal oraz ich współpracownicy zabrali się do odkrywania jednej z najbardziej tajemniczych zagadek ludzkiej biologii: dlaczego niektórzy są smutni, a inni weseli z natury? Dlaczego jedni są towarzyscy, a drudzy nieśmiali? Skąd bierze się inteligencja? Kluczowy w ich podejściu do problemu był statystyczny wskaźnik odziedziczalności. Szeroko rzecz ujmując, odziedziczalność danej cechy to zakres, w jakim różnice między członkami populacji można wytłumaczyć różnicami genetycznymi. Porównując prawdopodobieństwo tego, że bliźnięta jednojajowe mają pewną wspólną cechę, z prawdopodobieństwem wystąpienia danej cechy u bliźniąt dwujajowych, badacze są w stanie obliczyć, w jakim stopniu różnica ta wynika z uwarunkowań genetycznych. Przykładowo, wskaźnik wzrostu danego człowieka często szacuje się na 0,8, co znaczy, że 80 proc. różnic we wzroście członków danej społeczności wynika z różnic w ich genotypach. Po zapoznaniu się z danymi uzyskanymi w badaniach bliźniąt zespół Boucharda uznał, że u osób wychowanych w tym samym kręgu kulturowym, z takimi samymi możliwościami rozwoju, różnice w inteligencji wynikały w większym stopniu z różnic dziedzicznych niż wykształcenia czy wychowania. Wykorzystując dane otrzymane w czterech różnych badaniach, uzyskano wskaźnik odziedziczalności na poziomie 0,75 dla inteligencji, co sugeruje przeważający wpływ dziedziczności. Wnioski te stoją w sprzeczności z dotychczasowymi poglądami prezentowanymi przez behawiorystów, którzy utrzymują, że nasze mózgi były czystymi kartami czekającymi na zapisanie przez doświadczenie. Z kolei sugestia, że inteligencja jest dziedziczona, przyczyniła się do powstania skompromitowanej teorii eugeniki, która pojawiła się w Anglii i USA na początku XX w. Promowała ona poprawę jakości genetycznej ludzkości za sprawą selektywnego rozmnażania. Badacze próbowali odpowiedzieć na pytanie, w jakim stopniu rodzice wpływają na inteligencję dzieci. Porównanie bliźniąt jednojajowych dorastających w różnych rodzinach z bliźniętami wychowanymi przez tych samych rodziców wykazało, że wyniki IQ każdej z par były zbliżone. Wyglądało na to, że nie jest ważne, w jakiej rodzinie wychowuje się rodzeństwo. – Nie znaczy to jednak – jak wyjaśnia Bouchard – że rodzice nie mają żadnego wpływu na swoje dzieci. – Bez kochających i wspierających rodziców dziecko nie wykorzysta w pełni swojego potencjału. Ale gdy doszło do wyjaśnienia, dlaczego dana grupa dzieci miała różne wyniki IQ, okazało się, że za 75 proc. różnic odpowiadały geny. W jednym z badań naukowcy dowiedli, że prawdopodobieństwo popełnienia przestępstwa przez bliźniaka jednojajowego, którego brat lub siostra ma kryminalną przeszłość, jest o 1,5 raza większe niż w przypadku bliźniąt dwujajowych, co zdaje się sugerować, że czynniki genetyczne wzmacniają przestępcze skłonności. Inne testy pokazały, że gorliwość religijna jest w dużej mierze cechą dziedziczną, choć wybór samej religii – już nie. Gdziekolwiek naukowcy szukali – wszędzie odkrywali odcisk niewidzialnej ręki genetyki, która kształtuje nasze życie. Rozdzieleni po urodzeniu Dla dwóch par w Kanadzie wpływ DNA na zachowanie to coś więcej niż tylko akademickie rozważania. Od 2000 r. wychowują bliźnięta jednojajowe w odległości 440 km od siebie w ramach przypadkowego eksperymentu naukowego. Lynette i Mike Shawowie poznali Allyson i Kirka MacLeodów w agencji adopcyjnej. Państwo Shawowie mieszkają w Amherstburgu w stanie Ontario, a rodzina MacLeodów w Sutton nieopodal Toronto. W lutym 2000 r. wraz z innymi rodzinami chcącymi adoptować dzieci pojechali do Chenhou w prowincji Hunan w Chinach. – Gdy dwie dziewczynki wyszły z windy, spojrzałem na nie i powiedziałem do żony: – To niezwykłe, wyglądają identycznie – mówi Mike. – Identycznie płakały i śmiały się w ten sam sposób – dopowiada Lynette. Przed podróżą do Chin obie pary widziały zdjęcia dzieci, wówczas sześciomiesięcznych niemowląt, i zastanawiały się, czy są one siostrami. Pracownicy sierocińca zapewniali, że nie, choć obie miały wpisaną tę samą datę urodzenia. W każdym razie wiadomo było, że nie zostaną oddane jednemu małżeństwu. Gdyby rodziny Shawów i MacLeodów nie zdecydowały się na adopcję, dzieci czekałyby na czwórkę nowych rodziców. Rozumiejąc, że jeśli one nie wezmą sióstr, dziewczynki zostaną rozdzielone na zawsze, obie rodziny postanowiły zabrać swoje nowe córki do Kanady i wychować bliźniaczki osobno. Co kilka tygodni MacLeodowie wybierają się w czterogodzinną podróż do Amherstburga lub Shawowie jadą do Sutton. Gdy samochód MacLeodów zatrzyma się na podjeździe, Lily pędzi prosto w ramiona siostry Gillian. 12-latki mają okrągłe buzie i proste, czarne włosy do ramion, choć Lilian od niedawna nosi różowy aparat na zębach. – Są identyczne z wyglądu i zachowania – mówi Lynette. Adopcyjni rodzice zdają sobie sprawę, w jak niezwykłej sytuacji się znaleźli. Na świecie znanych jest tylko kilka przypadków adopcji z Azji, w wyniku których rozdzielono bliźnięta, a te są nieświadome sytuacji. Ich córki najwyraźniej dobrze znoszą układ, w jakim przyszło im żyć. – Nie jestem zachwycona, ale też nie cierpię z tego powodu. Gdybyśmy mieszkały bliżej siebie, zapraszałybyśmy się na noc – opowiada Lily. – To byłoby fajne – potwierdza Gillian. Dzięki stałemu kontaktowi rodzice dziewczynek mogą porównywać rozwój i dokonania sióstr. W wieku 14 miesięcy obie zaczęły chodzić – w tym samym dniu. Obie miały małe ubytki w zębach i „leniwe oko”. Już w wieku dwóch lat Gillian rozstawiała po kątach starsze dzieci. Gdy dorastały, Lily okazała się utalentowana artystycznie, a Gillian – sportowo. Zapewne wpływ na to miało zainteresowanie sportem pozostałych dzieci Shawów, Heather i Eriki. – Ale nagle Lily wygrała bieg na 100 m i sam zacząłem się zastanawiać nad wpływem biologii i wychowania na życie naszych córek – wspomina Kirk. – Chcielibyśmy wierzyć, że jako rodzice możemy kształtować charakter naszego dziecka – mówi Allyson. A chwilę potem podczas rozmowy jej córka Lily przewraca oczami w identyczny sposób jak jej siostra Gillian i Allyson natychmiast przypomina sobie o siostrze bliźniaczce córki. – Czasami przechodzi mnie dreszcz, gdy obserwuję niesamowite podobieństwo ich zachowań – zdradza Allyson. Trzeci element To, że Lily i Gillian są tak podobne, choć wychowały się w różnych rodzinach, podkreśla dziedzictwo genetyczne łączące bliźnięta jednojajowe. Lecz dwaj bracia z Maryland znaleźli się w zgoła odmiennej sytuacji. Wychowani w tej samej rodzinie nie mogliby różnić się od siebie bardziej. Jaka moc ma siłę zniweczyć działanie biologii i wychowania? – Na przerwie widziałem dziś chmurę cumulus congestus – mówi Sam, podtrzymując rozmowę w oczekiwaniu na powrót brata Johna ze szkoły. – Potem przemieniła się w nimbostratusa. Sam, sześcioletni okularnik, mówi jak profesor meteorologii. Najnowszym konikiem chłopca są chmury. Przedtem fascynował się pociągami, kosmosem i mapami. Ostatnio czyta encyklopedię dla dzieci, kolekcjonując fakty tak, jak wiewiórka zbiera orzeszki. Bliźniaki chodzą do pierwszej klasy w różnych szkołach podstawowych, tak by John miał zapewnione tyle uwagi nauczycieli, ile potrzebuje. (Na prośbę rodziców nie publikujemy ich nazwiska). Po wyjściu ze szkolnego autobusu John biegnie do domu i wpada w objęcia Sama. John śmieje się, lecz nic nie mówi. Gdy Sam luzuje uścisk, John podchodzi do skrzyni wypełnionej pluszakami i zaczyna klaskać z podniecenia. Znów jest w swoim świecie. U obu chłopców tuż przed ich drugimi urodzinami zdiagnozowano autyzm, ale u Johna objawy choroby są znacznie poważniejsze i obejmują nadpobudliwość ruchową, opóźnienie mowy i trudności w utrzymaniu kontaktu wzrokowego. Sam też ma ograniczenia, lecz dotyczą przede wszystkim umiejętności społecznych. Fakt, że obaj chorują na autyzm, nie jest niezwykły. Gdy u jednego z bliźniąt jednojajowych diagnozuje się tę przypadłość, prawdopodobieństwo jej wystąpienia u drugiego wynosi 70 proc. Przyczyny choroby nie są znane, a na autyzm zapada średnio jedno na czterysta dzieci. Dziedziczność zdaje się odgrywać tu istotną rolę, choć specjaliści są zdania, że autyzm wywołują niezidentyfikowane dotąd czynniki środowiskowe. Badanie przeprowadzone na bliźniętach w Kalifornii w zeszłym roku pokazało, że doświadczenia prenatalne i pierwszy rok życia mają duży wpływ na podatność dzieci na tę przypadłość. Rodzice Johna zastanawiają się, czy tak było w przypadku ich syna. Chłopiec urodził się z wrodzoną wadą serca i w wieku 3,5 miesiąca przeszedł poważną operację, a następnie dostał silne leki zwalczające infekcję. – Przez pierwsze pół roku życia John przebywał w skrajnie odmiennych warunkach niż Sam – zauważa ojciec. Wkrótce po postawieniu diagnozy rodzice zgłosili synów do badania prowadzonego w Instytucie Kennedy Kriegera w Baltimore. Pobrano próbki krwi i przekazano je także zespołowi naukowców z Johns Hopkins University, którzy badali związek między autyzmem a procesami epigenetycznymi – chemicznymi reakcjami niezwiązanymi z biologią ani wychowaniem. Zdaniem naukowców stanowią one ten „trzeci czynnik” kształtujący ludzki charakter. Rzeczone reakcje wpływają na to, w jaki sposób uwidacznia się nasz kod genetyczny – które geny podlegają wzmocnieniu i osłabieniu, a które są wyłączane w celu budowy kości, mózgu i innych organów. Wyobraźmy sobie nasze DNA jako ogromną klawiaturę, a geny jako klawisze – każdy reprezentujący inny segment DNA odpowiedzialny za inną nutę, czy też cechę, przy założeniu, że wszystkie klawisze składają się na to, jacy jesteśmy. Otóż procesy epigenetyczne określają, które klawisze i z jaką siłą zostaną wciśnięte, co znacząco wpływa na melodię utworu. Badania pokazały na przykład, że gdy samica szczura poddana jest działaniu stresu podczas ciąży, może to wywołać epigenetyczne zmiany u płodu, które z kolei mogą prowadzić do zmian behawioralnych w życiu dorosłym gryzonia. Inne zmiany epigenetyczne zdają się występować losowo. Ponadto niektóre procesy epigenetyczne, np. proces transformacji komórek w serce, mózg lub komórki wątroby, są całkowicie normalne. – Podczas ciąży zachodzi wiele procesów epigenetycznych wspomagających przekształcanie się komórek w wyspecjalizowane tkanki – wyjaśnia Andrew Feinberg z John Hopkins University. Badanie prowadzone przez Feinberga koncentruje się na konkretnym procesie epigenetycznym zwanym metylowaniem DNA, który powoduje wzmocnienie lub osłabienie wpływu danych genów. Aby lepiej zrozumieć powiązanie tego procesu z autyzmem, Feinberg wykorzystuje skanery i komputery do przeszukiwania próbek DNA autystycznych bliźniąt pod kątem znaczników epigenetycznych, czyli punktów w genomie, w których metylowanie zmienia wzór ekspresji genów. Celem badania będącego w toku jest ustalenie, czy osoby cierpiące na ciężką postać autyzmu, takie jak John, mają odmienny profil metylowania niż inni. Jeżeli tak się okaże, być może naukowcom uda się odpowiedzieć na pytanie, dlaczego John tak bardzo różni się od brata. Mimo że obaj mieli takie same klawiatury, ich organizmy wygrywały na nich zupełnie inne melodie. Zdaniem Aturasa Petronisa z Centrum Uzależnień i Zdrowia Psychicznego w Toronto to obiecujące podejście do tematu. Od pewnego czasu badacze wiedzą już, że złożone zaburzenia takie jak autyzm są w znacznym stopniu dziedziczne. Jednak analiza sekwencji DNA nie wyjaśniła, dlaczego bliźnięta jednojajowe, jak Sam i John, różnią się pod względem zachowania. – Po 30 latach badań nad genetyką molekularną potrafimy wytłumaczyć przyczyny powstawania jedynie około 2–3 proc. dziedziczonych skłonności do chorób psychicznych – mówi. Reszta pozostaje tajemnicą. To jeden z powodów, dla którego amerykański Narodowy Instytut Zdrowia stworzył Kompleksowy Program Badań nad Epigenetyką w 2008 r., przekazując 185 mln dolarów na badania przeprowadzone w 40 laboratoriach. Zarówno Feinberg, jak i Petronis otwarcie przyznają, że badania te są wciąż na bardzo wczesnym etapie zaawansowania. Naukowcy dopiero zaczynają rozumieć związek procesów epigenetycznych ze złożonymi zaburzeniami, takimi jak autyzm. Udało im się już dociec, że niektóre z tych procesów, w odróżnieniu od sekwencji DNA, można modyfikować. Geny zmutowane w wyniku procesu metylowania mogą zostać przywrócone do stanu wyjściowego stosunkowo łatwo. I mimo że nie stanie się to w najbliższej przyszłości, jest nadzieja, że pewnego dnia epigenetyczne błędy będą tak proste do naprawienia jak nienastrojone pianino. Ołówkiem czy długopisem Tymczasem na festiwalu Dni Bliźniąt Danielle Reed przed stoiskiem Centrum Monell próbuje namówić bliźnięta na udział w swoim badaniu na temat alkoholu. Idzie jej świetnie, para za parą zapisuje się na testy. Reed, genetyk z wykształcenia, od lat pracuje z bliźniętami. – Jeśli przyjrzymy się ich parze, oczywiste będzie, jak wiele z ich podobieństwa zapisane jest w genach. W wielu sprawach rodzeństwo jednojajowe jest identyczne i nie podlega modyfikacji. Jednak po bliższym poznaniu wyraźnie widać oczywiste różnice. W moim odczuciu to epigenetyka jest źródłem wielu z nich – mówi Reed. – Jeszcze 50 lat temu przyczyny alkoholizmu czy chorób serca upatrywano w niehigienicznym życiu. Kiedyś schizofrenię u dzieci wyjaśniano brakiem matczynej troski. Badania nad bliźniętami dały nam szerszy obraz tego, z czym człowiek się rodzi, a co jest powodowane doświadczeniem – dodaje. Wyniki najnowszych prac z dziedziny epigenetyki pozwalają mieć nadzieję, że wiedza pójdzie jeszcze dalej. – Podoba mi się koncepcja, według której Matka Natura pisze niektóre rzeczy ołówkiem, a inne długopisem. Tego co napisane długopisem, nie da się zmienić. Za to ołówek można zmazać. Na tym właśnie polega epigenetyka. Obecnie, kiedy możemy obserwować DNA i widzimy, gdzie zapiski wykonano ołówkiem, przed nauką otwiera się nowy rozdział – kończy Reed. Dla sześcioletnich bliźniąt Sama i Johna świat jest pełen nadziei. John niedawno zaczął więcej mówić, rozszerzając zasób wypowiedzi poza jednowyrazowe polecenia. – Chcę iść pływać duży basen z mama, tata, Sam, John – wypalił pewnego dnia podczas wyjścia na basen. O rany, zdanie złożone z 10 słów wypowiedziane przez najcichszego z chłopców – pisała ich mama na blogu. Tego lata John bardzo się zmienił i zamiast ciągnąć mnie w różne miejsca, sam mówi mi, co chce robić i gdzie pójść. A tymczasem Sam pochłania książki o mitologii greckiej i ortopedii, a przyczynkiem do zgłębienia obu tematów jednocześnie było złamanie łokcia. Chłopiec zainspirowany mitem o Ikarze postanowił zeskoczyć z oparcia kanapy w salonie, lądując nie w morzu, lecz na izbie przyjęć. Każdy z braci bliźniaków próbuje latać na swój własny sposób. Peter Miller, 2012