Czy genetyka definiuje prawa Natury?

Przyjęliśmy a priori, że prawa Natury są definiowane mechanizmami genetycznymi. W poznawaniu genetyki jesteśmy na pierwszych centymetrach maratonu badawczego. W roku 2000 został opublikowany pierwszy genom człowieka. Od dziesiątek lat poznajemy budowę i reguły rządzące genami.
Cząsteczka DNA została odkryta w 1869 roku. W 1943 roku połączono jej rolę z procesami dziedziczenia. Sześćdziesiąt siedem lat temu (w roku 1953) Francis Crick i James Watson opublikowali w „Nature” artykuł, w którym ogłosili odkrycie struktury DNA. Opisali ją jako podwójną helisę składająca się z dwóch polimerowych nici nukleotydów zwiniętych wokół siebie. James Watson w 1968 roku opublikował książkę "The Double Helix" ("Podwójna helisa"), w której tłumaczył naturę DNA. Od tej pory wszyscy uznali, że DNA jest podstawą życia na Ziemi.
Świat nauki przyjął dogmat głoszący: całe nasze życie jest uzależnione od struktury DNA. Na podstawie informacji zapisanej w DNA powstają białka, z które kształtują budowę naszego organizmu i mechanizmy nim rządzące. Ogólnie przyjęto, że kompleksowe badanie genomu człowieka daje odpowiedzi na wszystkie pytania o zdrowiu w ciągu całego życia. Do końca XX wieku uważano, że wystarczy zidentyfikować geny odpowiedzialne za powstawanie konkretnych chorób. W mniemaniu naukowców wykrycie takiego genu skazywało człowieka na chorobę, która była powiązana tym genem. Czy możemy przyjąć, że po zbadaniu genomu będzie wiadomo, kto zachoruje np. na raka?
Czy środowisko ma wpływ na zdrowie aktualnych i przyszłych pokoleń?
Na początku XXI wieku powstała epigenetyką. Przedrostek epi- wskazuje, że jest to nauka stojąca wyżej ponad genetyką.
Dla lepszego zrozumienia podziału na genetykę i epigenetykę, porównam człowieka do komputera. Dysk twardy z systemem operacyjnym i bazami danych to ludzkie DNA. To jest zakres badań genetyków. Z czasem, pod wpływem rożnych czynników na dysk twardy zapisywane są programy wykorzystujące bazy danych z dysku. Zapisane programy kreują wszystkie procesy metaboliczne w ciągu całego życia. Rozpoznawaniem czynników zapisujących programy na dysk i wpływem tych programów na nasze życie zajmuje się epigenetyka (genetyków przepraszam za uproszczenia). W pierwszych latach nowej ery dowiedzieliśmy się, że można wykorzystać czynniki biologiczne i biochemiczne, do niezmniejszenia ryzyka powstania choroby uwarunkowanej informacją zawartą w genomie.
Dzisiaj badanie DNA w kierunku oceny całożyciowego ryzyka zachorowania na nowotwór złośliwy jest określeniem prawdopodobieństwa pojawienia się choroby nowotworowej. Badanie genetyczne wykazuje, czy mamy mutację genu, która jest odpowiedzialna za powstanie nowotworu. Mutacje mogą być rożne, zależnie od różnorodności etnicznej w danym regionie. W populacjach jednorodnych etnicznie są często spotykane mutacje genu BRCA1. Polacy są etnicznie jednorodni. U Polek dominują trzy mutacje genu BRCA1. Stwierdzono, że każda z tych mutacji predysponuje do zachorowania na raka piersi z prawdopodobieństwem 50-80%, a na raka jajnika 40%. Występuje też zwiększone ryzyko wystąpienia raka jajowodu, okrężnicy i otrzewnej. W przypadku występowania mutacji BRCA1 u mężczyzn jest zwiększone prawdopodobieństwo zachowania na nowotwór prostaty.
Dzięki epigenetyce wiemy, że poziom ryzyka wystąpienia choroby zależnej od genów wpływa szeroko pojęte środowisko. Średnia roczna temperatura, nasłonecznienie, jakość powietrza i wody, jakość gleb i kultur rolnych, nawyki żywieniowe, tempo życia i wiek.
Wykazano, że w chorobie nowotworowej piersi prewencyjne podanie leku „tamoksifen” ograniczyło prawdopodobieństwo wystąpienie raka drugiej piersi o 50%. Oznacza to, iż czynnik farmakologiczny wyciszył ekspresje genu odpowiedzialnego za powstanie choroby nowotworowej.
Wykazano też, że selen (w konkretnej formie i ilości) i likopen mogą zmniejszyć ryzyko pojawienia się raka piersi, prostaty i jelita grubego.
Wniosek: posiadanie genu odpowiedzialnego za chorobę, nie oznacza, że ta choroba na pewno się pojawi. Poprzez czynniki epigenetyczne można gen odpowiednio "wyciszyć".
W zakresie epigenetyki wdrażane są nowe kierunki badań. W ostatnich latach powstała nowa dziedzina nauki, nazwana transdukcją sygnałową. Zajmuje się badaniem wpływu czynników środowiskowych na ekspresję genów poprzez receptory komórkowe, białka regulatorowe, mniejsze cząsteczki organiczne (np. tlenek azotu, cAMP, cGMP, trifosforan inozytolu, diacyloglicerol) lub nieorganiczne jony (np. wapnia). Jesteśmy na początku badań, dzięki którym poznajemy czynniki środowiskowe mające wpływ na ekspresję genów poprzez mechanizmy transdukcji sygnałowej. Wiemy, że mogą to być czynniki fizyczne (np. promieniowanie fal elektromagnetycznych), biologiczne (wirusy, bakterie, grzyby) i chemiczne (np. niektóre związki chemiczne stosowane w rolnictwie, pierwiastki toksyczne). Nikt nie wie, które i ile z tych czynników aktualnie wpływa na ekspresje konkretnych genów, jakie są tego konsekwencje na dziś i jakie będą na przyszłość.
Gen składa się z setek lub tysięcy nukleotydów. Środowiskowe czynniki epigenetyczne (m.in. czynniki metylujące) podłączają się do określonych nukleotydów w genach, wyciszając ich aktywność. W ten sposób na podstawie informacji zawartej w jednym genie może powstać nawet kilka tysięcy wersji tego samego białka. Każda wersja może mieć różną własność i aktywność metaboliczną. Białko uzyskuje różny stopień aktywności w procesach metabolicznych w zależności od swojej formy strukturalnej. Połączanie białka z kationem metalu zmienia jego strukturę przestrzenną i tym samym aktywuje to białko do działania, uczestnictwa w procesach biochemicznych. O tym, jaka będzie aktywność powstałego białka enzymatycznego, decydują m. in. środowiskowe czynniki, czyli np. ilość poszczególnych jonów metali wchodzących w strukturę białek (są to tzw. kofaktory).
Początek serii testów nuklearnych na Ziemi, w roku 1950 roku zakończył trwający 11 650 lat holocen (epokę geologiczną). Od tego czasu rozpoczął się antropocen (epoka człowieka), w której człowiek determinuje trwałe zmiany warstw geologicznych Ziemi. Miedzy innymi pojawiły się nowe mieszaniny izotopów tworzących biopierwiastki i niezliczona ilości drobnocząsteczkowego plastiku. W ciągu kilku dziesięcioleci zmiany geologiczne osiągnęły poziom, który ma bezpośredni w pływ na zdrowie całej populacji.
Trwale zmieniły się środowiskowe zależności kształtujące ilość i jakość czynników epigenetycznych. Czynniki biologiczne, chemiczne i biochemiczne powinny być składnikami naszej diety. Niestety, brakuje ich w podstawowych produktach spożywczych. Dodatkowo w skład dzisiejszej diety wchodzą w większości produkty spożywcze przetworzone w fabrykach przemysłu spożywczego. Przemysł spożywczy pozyskuje płody rolne od przedsiębiorców prowadzących monokulturową działalność rolniczą. Poprzez inżynierię genetyczną uzyskaliśmy bardzo dużą wydajność produkcji rolnej, kosztem jakości i różnorodności.
Razem są to główne powody błędów żywieniowych całej ludzkości. Ostatecznie w dzisiejszej diecie brakuje podstawowych elementów odżywczych, we właściwych ilości i jakości. Brak korzystnych czynników epigenetycznych sprzyja nadmiernemu wpływowi niekorzystnych środowiskowych czynników epigenetycznych na zdrowie populacji.
Nie trzeba być nosicielem genu zwiększającego prawdopodobieństwo pojawienia się choroby nowotworowej, aby mieć raka. Poprzez niekorzystne czynniki epigenetyczne ze zdrowych, prawidłowych genów mogą być wygenerować patologiczne białka rozpoczynające chorobę.
Czynnikami epigenetycznymi są m.in. związki organiczne, które spożywamy w pokarmach (witamina B12, kwas foliowy, betaina, galusan epigalokatechiny, likopen, itd.), związki nieorganiczne (np. jony cynku), błonniki kształtujące środowisko jelitowe. W odpowiedniej ilości i w odpowiednich proporcjach te elementy powinny znaleźć się w treści pokarmowej człowieka. Szczególną uwagę chciałby zwrócić na bakterie bytujące na i w naszym organizmie. Człowiek w chwili porodu jest jałowy. Umierając na jedną ludzka komórkę przypada co najmniej dziesięć bakterii. Z pierwszymi bakteriami noworodek spotyka się podczas porodu. Najlepiej aby były to bakterie z dróg rodnych matki. W przypadku cięcia cesarskiego, lekarz powinien wprowadzić bakterie z odbytu matki do buzi noworodka. W ten sposób zostaje rozpoczęty proces budowy właściwej flory bakteryjnej dziecka. Symbiotyczne nam bakterie wpływają na ekspresję genów w ciągu całego naszego życia. Przykład: jeżeli kobieta planująca ciążę będzie miała w swoim środowisku bakteryjne Lactobacillus rhamnosus, jej dziecko będzie miało zmniejszone predyspozycje do uczulenia na białka.
Wykazano, że równie ważne są fruktany i pochodne (GOS/FOS). W przypadku matki karmiącej mogą mieć wpływ na rozwój układu immunologicznego dziecka.
W epigenetyczne wyodrębniono tzw. czynniki złożone. Do tej kategorii zalicza się np. komfort życia. Jeżeli życie rodziców charakteryzowało się dużą aktywnością ukierunkowaną na przetrwanie lub na utrzymanie dobrej kondycji psycho -fizycznej, dzieci były zdrowsze i mocniejsze.
Od czterdziestu lat na świcie dramatycznie wzrasta częstotliwość występowania choroby z tzw. spektrum autystycznego (autyzm, zespół Retta, zespół Aspergera, inne zaburzenia rozwojowe i hiperkinetyczne). Wśród środowiska lekarskiego trwa dyskusja o przyczynach. Wszyscy są zgodni, że przyczyny leżą w zaburzeniach genetycznych, które są powodem zmian w przemianach energetycznych na poziomie komórkowym. Przez wiele lat w USA prowadzono badania mające na celu poszukiwanie „wspólnego mianownika” występującego we wszystkich rodzinach, w których pojawiło się zjawisko ze spektrum autyzmu. Najczęściej występującymi czynnikami były: alkaliczne detergenty, popularne środki przeciwbólowe, palenie papierosów. Każdy z tych czynników występujący osobno lub razem, mógł przyczynić się do powstania warunków sprzyjających w/w zmianom genetycznym.
Wśród doniesień naukowych są informacje o wpływie elementów odżywczych spożywanych przez kobiety w ciąży na częstotliwość pojawiania się autyzmu. Na podstawie badań populacyjnych prowadzonych w krajach azjatyckich stwierdzono, że zjawiska ze spektrum autyzmu rzadziej pojawiały się w regionach, gdzie spożywano więcej zielonej herbaty. Dalsze badania wykazały, że składnik zielonej herbaty, galusan epigalokatechiny jest czynnikiem epigenetycznym chroniącym organizm dziecka przed pojawieniem się polimorfizmów genowych zwiększających podatność na autyzm. Dlatego od kilku lat wszystkim kobietom w ciąży zalecam suplementy diety zawierające ekstrakt z zielonej herbaty, lub regularne picie szklanki zielonej herbaty dziennie.
Epigenetyczne czynniki środowiskowe mają decydujący wpływ na aktywację określonego genu i sposób (czas i jakość) jego odczytu, czego skutkiem jest skonstruowanie konkretnego białka (białka o własnościach budulcowych, o aktywności enzymatycznej lub hormonalnej). Środowisko, poprzez wpływ na mechanizmy epigenetyczne, kształtuje rozwój osobniczy organizmu, obejmujący ogół zmian zachodzących od momentu powstania życia aż do śmierci. Dzięki epigenetyce na nowo interpretujemy procesy rozwoju i starzenia determinujące ontogenezę człowieka.
Koniec części 3.

autor zdjęcia Mariusz Bedyniak