Vše, co jste kdy chtěli vědět o epigenetice

Uvnitř každé buňky lidského těla je skryt kód života neboli DNA. Objevil se tu před miliardami let a od té doby zaznamenává vývoj každého svého nositele. V DNA jsou ukryty informace, které doslova formují každého živého tvora od tvaru jeho hlavy až po způsoby chování, kterými ohromuje svět. Genetický kód obsahuje ale ještě mnohem víc. Za posledních 20 let se ve vědeckých kruzích raketově rozšířilo zkoumání jednoho fenoménu, který nám umožňuje hledat odpovědi na otázky, co je to stárnutí, jak se geny aktivují, jak nás ovlivňuje prostředí a zda se způsob života jedné generace může dědit i na té nejnižší úrovni do generace další. Tento obor, který v této době zažívá rozkvět, se nazývá epigenetika.

• Znamená kód života biologický osud?
• Jak vypadá epigenetika v praxi?
• Jak vnější prostředí ovlivňuje naše geny?
• Mohou se zkušenosti přepisovat do dalších generací na genetické úrovni?

Je v kódu života obsažen biologický osud? 

Abych vám vysvětlil pojem epigenetiky, popíšu vám nejprve, co nás všechny tvoří na té nejzákladnější úrovni a čemu říkáme mimo jiné také “kód života”. Ten nejznámější je v centru – “jádru” – každé buňky a nazývá se DNA. Je jako pevné neměnné vlákno, které si z evoluce za miliony let vzalo to nejlepší a obsahuje informace, díky kterým může vzniknout člověk se všemi svými proteiny, buňkami, chováním a projevy.

Lidské tělo ale neobsahuje jen jeden kód života. Z DNA se při expresi (aktivaci) genů tvoří RNA, kterých je velká spousta. Každá mitochondrie, která je nepostradatelnou elektrárnou každé buňky, má také svůj vlastní genetický kód odlišný od toho buněčného. V těle se nám tak prohání celá řada genetických kódů života, ale DNA hraje jednu z nejdůležitějších rolí. Ptáte se proč? Na jeho dvouvláknu jsou totiž vepsané úseky, které obsahují instrukce právě pro tvorbu proteinů, jež ovlivňují jak strukturu našich těl, tak chování s náladou. DNA funguje jako platforma pro geny, které mohou být zapnuté, vypnuté nebo i něco mezi tím. Na základě toho se projeví na našem vzhledu a fungování. V širokých kruzích se traduje povídačka, že “naše budoucnost je vepsaná v genech”. Ale je to opravdu pravda? Může DNA determinovat veškerý směr v životě?

A co ta epigenetika

Zde přichází ke slovu epigenetika, která doslova znamená “nad genetikou”. DNA sice obsahuje všechny geny potřebné pro život a jeho směrování, ale epigenetika ovlivňuje, které geny budou “zapnuté”, a které “vypnuté”. A co z toho? Představte si mozkovou buňku, buňku oka a buňku svalu. Není potřeba chytrosti génia, abyste uhodli, že se od sebe navzájem odlišují. Jak je to ale možné, když obsahují ten stejný genetický kód? Může za to právě aktivace (exprese) a tišení (inhibice) jednotlivých genů. Epigenetika tak obsahuje instrukce, které říkají genetickému kódu v buňce svalu: “Aktivuji ti geny pro vývoj pořádných svalů. Ale geny oka zde utiším, aby nenadělaly neplechu.” Díky tomu, že se na různých místech těla aktivují a tiší různé geny, máme tolik variant buněk, které ve výsledku tvoří tak komplikovanou lidskou bytost. A nejen to.

Geny nebo prostředí?

Otázka, jestli na nás mají větší vliv geny nebo naše prostředí, zajímá nejednoho vědce. Epigenetika je místem, kde se tyto dva světy fyzicky setkávají. Můžeme si to představit jako tělo a oblečení, které si každý den oblékáme a svlékáme. DNA je jako tělo, které jde na své základní úrovni měnit jen velmi těžko nebo alespoň v omezené míře. Epigenetika a epigenetické značky (viz dále) fungují jako oblečení, které jde z těla sundat a vyměnit za úplně jiné. Různé druhy oblečení ve výsledku ovlivní, jak bude tělo navenek vypadat a jak se bude projevovat.

“Epigenetika je vratný proces změny, ovlivněný celou řadou vnějších signálů.”

Epignetika je flexibilní a ovlivnitelná signály z vnějšího prostředí, mění se v průběhu života a má sílu měnit projevy konzervativní DNA. Druhá paralela se podobá slovníku a používanému jazyku. DNA zde funguje jako slovník všech možných a dostupných slov, která používá jazyk. Samotná slova odděleně ale postrádají hloubku sdělení. Naopak kdyby byla ze slovníku všechna vysypána na jedno místo, místo nejlepšího příběhu na světě vznikne jen chaos nesmyslného blábolení. A proto je tak důležitá epigenetika. Ta totiž ze slovníku všech dostupných možností vybírá ta slova, která se poskládají do vět a dohromady dávají smysluplný příběh. A co je na tom nejlepší? Různé kombinace slov skládají dohromady různé věty, a tak se z omezeného množství možností mohou napsat nejrůznorodější příběhy lidské biologie. Ve zkratce dává epigenetika instrukce DNA, co by se kde mělo dít!

Pestrobarevné divadlo možností aneb epigenetika v praxi

Takže si shrňme, co už víme. Epigenetika je “informace” nad DNA kódem, která instruuje kód života, které geny mají zůstat zapnuté, a které vypnuté. Tento proces tvoří základní rozdíl mezi pestrobarevnou škálou buněk našeho těla. Odlišuje buňky oka od buněk svalu, které přitom sdílí ten samý slovník přibližně 20 000 stejných genů. Epigenetika tedy ovlivňuje “projev” nejen buněk, ale ve výsledku celého jedince. 

V živočišné říši najdeme spoustu příkladů, jak funguje epigenetika v praxi. Tak například, jak je možné, že se z housenky po zimě vylíhne motýl? Jak to, že ve včelím úlu se všechny včely líhnou ze stejných larev, ale některé vyrostou v dělnici a jiné v královnu? Mohou za to odlišné geny, které se v závislosti na vnějších podmínkách aktivují. Housenka v kukle projde přes zimu rapidními epigenetickými změnami, stejně tak včelí královna. Některé květiny v přírodě dokonce potřebují periodu intenzivně nízkých teplot, které díky epigenetice aktivují geny, díky nimž mohou rostliny na jaře vykvést. Typickým příkladem zde může být i odlišné zbarvení koček, které mají utlumené nejen populace genů, ale také celé chromosomy. 

Epigenetické značky

A co tvoří samotné epigenetické instrukce? Nebudeme se zde věnovat detailům, ale zjednodušíme to na základní procesy. Epigenetika operuje s tzv. epigenetickými značkami. Jedná se o znaménka “methylových skupin”, která se jako žvýkačky přilepují na strukturně uspořádanou DNA. Tím mění aktivaci a utlumení jednotlivých genů v celém organismu. Souhrnně se tomuto řetězci epigenetických značek říká také “methalom” a momentálně se nachází v centru pozornosti celého odvětví dlouhověkosti. Na kvalitě “methalomu” totiž závisí celkové zdraví, rychlost stárnutí a schopnost organismu vypořádat se s neustálými změnami v prostředí. 

“Predstavte si to jako diakriticka znamenka (‘ ˇ °), ktera kdyz se objevi ve stare SMS zprave, mohou docista menit jeji vyzneni a vyznam.” 

Jak vnější prostředí ovlivňuje kód života?

Možná už tušíme, co to epigenetika je, ale stále ještě nevíme, odkud se epigenetické instrukce berou. Epigenetická značka je formou “signálu”, který přichází z vnějšího prostředí. Tím je však myšleno jak prostředí vnitřní (uvnitř organismu), tak prostředí vnější (mimo organismus). Buňky totiž neustále musí komunikovat se svým okolním prostředím a v každém momentu si vyměňují balíky informací. Může se jednat o signál stresu, potravy, nadbytku, nedostatku, hladovění, toxické látky a spousty dalších. Ty všechny mají na buňku vliv a ta neustále na základě přijatých signálů zapíná a vypíná nejrůznější procesy, které se mohou obtisknout ve formě epigenetické informace do DNA. Každá DNA se svými epigenetickými značkami tak tvoří jakousi genetickou platformu, která je ovlivněna signály z prostředí kolem a ze zažitých zkušeností. Ve dvou větách bych tento odstavce shrnul asi následovně: 

“Změny v prostředí jsou překládány do signálů, jako jsou stres, hlad, strach, dostatek, nedostatek, potrava a další, a ty se poté propíší do epigenetické informace a mohou měnit projev jednotlivých genů. Epigenetika tak reprezentuje jakousi paměť buňky, která je založena na signálech z vnitřního i vnějšího prostředí.”

Mohou se “lifestyle” rozhodnutí jedné generace vepsat do té další?

Nejžhavějším tématem, které se točí kolem epigenetiky, je bezpochyby dědičnost. Jedná se o otázku, jak moc se životní zkušenosti a rozhodnutí vaší babičky propsaly až do toho, kým jste dnes a jak dobře funguje váš organismus. Jinými slovy, jak se významné zkušenosti a životní styl jedné generace mohou přenést do generací následujících? Každý asi tušíme, že geny dostáváme od naší maminky a tatínka a ti zase od svých rodičů. Ty ve výsledku ovlivňují nejen vznik člověka, ale i jeho působení ve světě.

Dlouhou dobu se mělo za to, že geny, které jsou stavebními základy další generace, jsou neměnné. Jsou bezpečně uloženy v pohlavních orgánech, v buňkách specializujících se na založení nového jedince, v tzv. zárodečných liniích po celou dobu života až do chvíle, kdy při sexu dojde ke splynutí buněk obou pohlaví. To je pravda. Tedy z velké míry, ale ne zcela. Epigenetika s tím totiž může velmi dobře zamávat. A to ne tak, že by měnila samotné geny, ale zase jde o malé změny v “aktivaci” a “tlumení”, které ve výsledku mohou ovlivnit celou řadu věcí. Na ty nejzajímavější probádané se podíváme nyní.

Úzkost jako výhoda pro další generace?

Jak ovlivní jeden zážitek extrémního strachu u rodiče schopnost prožívat strach u potomka? Na myšácích existují zajímavá pozorování tohoto fenoménu. Vědci v jednom z takových pokusů udělali myšákům z líbezné vůně třešní nepříjemný zážitek, a to do té míry, že na něj nezapomněly ještě další generace po nich. Když se myšáci “otcové” v pokusné aréně dostatečně “načuchali” vůně třešní, pustili jim k tomu elektrický šok. Myšák se v takové situaci zalekl a jeho tělem proběhla nemalá dávka stresu.

Myšáka poté nechali se rozmnožit se slečnou myšákovou a pod drobnohled si vzali jejich potomky, které v dalším experimentu vystavili pouze vůni třešní bez elektrického šoku. V těle myšáků se objevila podobná reakce strachu jako u jejich rodiče během stresové reakce. Když se podívali podrobněji, co by za tím mohlo stát, nalezli epigenetické značky na DNA spermií otce myšáka* v místech, která ovlivňují vývoj oblastí mozku spojených s čichovým vnímáním, a tytéž změny byly zaznamenány v mozku u jeho potomků.

A u jedné generace to neskončilo. Tímto zážitkem byly poznamenány 2 generace, které byly zesíleně náchylné k danému pachu. (Na tomto odkazu si můžete přečíst celou studii.) Čistě z evolučního hlediska může takové “zakódování” strachu pomoci další generaci s přežitím, kdy si strachového podnětu “nevědomě” všimnou dřív, než je stihne zranit. Epigenetická paměť tak může být čistě teoreticky jakousi strategií živých tvorů, jak se přizpůsobit potenciálním nebezpečím, kterým kdysi čelili jejich předci v předešlých generacích. 

Jaký vliv mají “dobrá” a “špatná” rozhodnutí v životním stylu?

Tak jak je to s těmi našimi babičkami a jejich rozhodnutími, které se vepsaly do našich životů? Zde se bude pozornost točit znovu kolem myšáků. Zda se epigenetické změny přenáší na potomky, je totiž nejlépe prostudováno na jednom “myším” genu se jménem “agouti”. Tento gen je u normální zdravé myši s hnědým kožíškem a kvalitním životem “utišen” methylací (na DNA jsou přítomné značky – instrukce, které brání genu se projevit). Když však myš nemá gen “utišen” pomocí methylace, projeví se to na jejím vzhledu i zdraví. Je velká, žlutá, obézní s kratší dobou dožití. A právě to bylo předmětem zkoumání, jak mohou prostředí a dobré, či špatné volby v životním stylu ovlivnit zdraví následujících generací. Centrem zájmu byla hlavně strava bohatá na nutrienty, nebo strava bohatá na škodlivé látky. 

Myši, strava a epigenetika

V jednom takovém experimentu testovali “lifestylové” změny na myších, kterým chyběla methylace agouti genu (projevil se gen, který se normálně projevit nemá). To znamená, že z nich byly velké, žluté a obézní myši. Ty poté rozdělili do dvou skupin, kde jedné podávali stravu bohatou na kyselinu listovou a té druhé Bisphenol-A (BPA). Kyselina listová je součástí zeleniny a má prospěšné účinky na tělo v různých ohledech. Oproti tomu BPA je molekula přítomná v nejrůznějších plastech, účtenkách, PET lahvích a je zmapován její škodlivý účinek na dlouhodobé zdraví. A o co ve studii šlo? Samozřejmě o to, jaké dopady budou mít dané “změny” životního stylu na potomky. 

“Naše babičky dělaly lifestyle rozhodnutí, která nás dnes ovlivňují. Ale totéž děláme my vůči dalším generacím, které nyní ještě neexistují.” 

Skupině žlutých myší se škodlivou dietou se narodilo více žlutých a obézních potomků, kdežto u myší, kterým podávali kyselinu listovou, se narodilo více hnědých a štíhlých potomků. Závěr? Epigenetické značky jsou měnitelné změnami životního stylu a přenášeny na potomky s tím, že škodlivě se projevující demethylované úseky genomu se mohou znovu methylovat a utišit škodlivou expresi genů. To znovu poukazuje na vlastnost epigenetiky a totiž, že změny v methylaci ovlivňující aktivaci genů jsou vratným a měnitelným procesem. (Další dvě studie na toto téma si můžete přečíst tady a tady.) 

ZÁVĚR: Může být epigenetika vysvětlením a řešením našich problémů? 

Zkoumání našeho genetického kódu nám za posledních 67 let přineslo opravdu mnoho nových pohledů na člověka a jeho prostředí. Epigenetika je dnes dalším zajímavým pokračováním tohoto bádání, které mění naše chápání samotného kódu života. V biologii se dotýká téměř všeho od dlouhověkosti a stárnutí, až po vývoj mozku a metabolické zdraví. Zatímco samotné DNA je z velké části kód “konzervativní” a mění se velmi pomalu v rámci milionů let, jeho nadstavba neboli epigenom je ovlivněn velkou spoustou signálů z vnějšího prostředí. Když to shrneme, jedná se tedy o jakousi “paměť buňky”, kde se zaznamenává kontext života a prostředí kolem a jako paměť se také mění v průběhu času.

Naděje i výzva

Tato “paměť” je ovšem do jisté míry vratná a její část se může dědit z generace na generaci. Lifestylová rozhodnutí našich babiček tak ovlivnila, kým jsme dnes a jak dobře fungují naše těla. Stejně tak my svými “lifestyle” rozhodnutími ovlivňujeme generace budoucí, které ještě neexistují. Epigenetika tak má svůj přesah do oblasti péče o vlastní mentální a fyzické zdraví včetně biohackingu a tento přesah může trvat i více generací. Jelikož každý signál v podobě stravy, cvičení, půstu nebo dostatečné relaxace a spánku se překládá do informací v podobě nejrůznějších molekul, které pečlivě vnímá každá buňka a které ovlivňují její působení na (epi)genetické úrovni.

Osobně věřím, že nás v budoucnu čekají další objevy v této oblasti, a ty nám pomohou k řešení spousty zdravotních problémů, které trápí dnešního člověka. Je ale toto právě TEN obor, který má potenciál vyřešit všechny naše problémy? Často se totiž slovo “epigenetika” skloňuje ve spojení s absolutním řešením mnoha problémů, s vysvětlením různých zatím nepochopitelných jevů atd. Je ale důležité si uvědomit, že se zatím jedná jen a pouze o nástroj, který má svůj potenciál, ale i své limitace. 

Chcete se o epigenetice dozvědět víc? Poslechněte si celý dvouhodinový díl! Na Brain We Are podcastu! 

Zdroje a vysvětlivky:

*hypomethylace DNA, která ovlivňuje expresi genů pro čich v mozku

1. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMra0804615
2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2822875/
3. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6721844/
4. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6721844/
5. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9707167/
6. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3342396/
7. https://academic.oup.com/jn/article/132/8/2393S/4687590
8. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8492316/
9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3923835/
10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2945443/
11. https://www.pnas.org/content/104/32/13056.long
12. https://learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/