"Die belangrikste ding vir die lewe is die dood": 'n onderhoud met die epigenetikus Sergei Kiselyov

2024 Outeur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 03:44

Oor muise, lewensverlenging en die impak van die omgewing op ons genoom en die toekoms van die mensdom.

Sergey Kiselev - Doktor in Biologiese Wetenskappe, Professor en Hoof van die Epigenetika Laboratorium by die Vavilov Instituut vir Algemene Genetika, Russiese Akademie vir Wetenskappe. In sy openbare lesings praat hy oor gene, stamselle, meganismes van epigenetiese oorerwing en biomedisyne van die toekoms.

Lifehacker het met Sergey gesels en uitgevind hoe die omgewing ons en ons genoom raak. En ons het ook geleer watter biologiese ouderdom deur die natuur aan ons toegeken word, wat dit vir die mensdom beteken en of ons met behulp van epigenetika voorspellings oor ons toekoms kan maak.

Oor epigenetika en die impak daarvan op ons

Wat is genetika?

Oorspronklik was genetika die verbouing van ertjies deur Gregor Mendel in die 19de eeu. Hy het sade bestudeer en probeer verstaan hoe oorerwing byvoorbeeld hul kleur of rimpeling beïnvloed.

Verder het wetenskaplikes nie net na hierdie ertjies van buite begin kyk nie, maar ook na binne geklim. En dit het geblyk dat die oorerwing en manifestasie van hierdie of daardie eienskap geassosieer word met die selkern, veral met die chromosome. Toe kyk ons nog dieper, binne die chromosoom, en sien dat dit 'n lang molekule deoksiribonukleïensuur bevat - DNA.

Toe het ons aangeneem (en later bewys) dat dit die DNS-molekule is wat die genetiese inligting dra. En toe besef hulle dat gene in hierdie DNS-molekule gekodeer word in die vorm van 'n sekere teks, wat inligting oorerflike eenhede is. Ons het geleer waaruit hulle gemaak is en hoe hulle vir verskillende proteïene kan kodeer.

Toe is hierdie wetenskap gebore. Dit wil sê, genetika is die oorerwing van sekere eienskappe in 'n reeks generasies.

- Wat is epigenetika? En hoe het ons tot die gevolgtrekking gekom dat genetika alleen nie genoeg is vir ons om die struktuur van die natuur te verstaan nie?

Ons het in die sel geklim en besef dat gene geassosieer word met 'n DNS-molekule, wat as deel van chromosome in die selle ingaan en oorgeërf word. Maar 'n mens kom immers ook uit net een sel, waarin daar 46 chromosome is.

Die sigoot begin verdeel, en na nege maande verskyn daar skielik 'n hele mens, waarin dieselfde chromosome teenwoordig is. Boonop is hulle in elke sel, waarvan daar ongeveer 10 in die liggaam van 'n volwassene is.¹⁴… En hierdie chromosome het dieselfde gene wat in die oorspronklike sel was.

Dit wil sê, die oorspronklike sel - die sigoot - het 'n sekere voorkoms gehad, daarin geslaag om in twee selle te verdeel, dan het dit nog 'n paar keer gedoen, en toe het sy voorkoms verander. 'n Volwasse is 'n meersellige organisme wat uit 'n groot aantal selle bestaan. Laasgenoemde is georganiseer in gemeenskappe wat ons weefsels noem. En hulle vorm op hul beurt organe, wat elkeen 'n stel individuele funksies het.

Die selle in hierdie gemeenskappe is ook verskillend en verrig verskillende take. Byvoorbeeld, bloedselle verskil fundamenteel van hare, vel of lewerselle. En hulle verdeel voortdurend – byvoorbeeld weens die invloed van’n aggressiewe omgewing of omdat die liggaam bloot’n behoefte aan weefselvernuwing het. Byvoorbeeld, in ons hele lewe verloor ons 300 kg epidermis - ons vel word eenvoudig af.

En tydens die herstel bly die dermselle die dermselle. En velselle is velselle.

Die selle wat die haarfollikel vorm en aanleiding gee tot haargroei, word nie skielik 'n bloeiende kopwond nie. Die sel kan nie mal word en sê: "Ek is nou bloed."

Maar die genetiese inligting in hulle is steeds dieselfde as in die oorspronklike sel – die sigoot. Dit wil sê, hulle is almal geneties identies, maar hulle lyk anders en verrig verskillende funksies. En hierdie diversiteit van hulle word ook in 'n volwasse organisme geërf.

Dit is hierdie soort oorerwing, suprageneties, wat bo genetika of daarbuite is, wat epigenetika genoem is. Die voorvoegsel "epi" beteken "uit, bo, meer."

Hoe lyk die epigenetiese meganismes?

Daar is verskillende tipes epigenetiese meganismes - ek sal oor twee hoofs praat. Maar daar is ander, nie minder belangrik nie.

Die eerste is die standaard van oorerwing van chromosoompakking tydens seldeling.

Dit verskaf leesbaarheid van sekere fragmente van 'n genetiese teks wat bestaan uit nukleotiedvolgordes wat met vier letters gekodeer is. En in elke sel is daar 'n twee meter lange DNA-string wat uit hierdie letters bestaan. Maar die probleem is dat dit moeilik is om te hanteer.

Neem 'n gewone twee meter dun draad, opgefrommel in 'n soort struktuur. Dit is onwaarskynlik dat ons sal uitvind waar watter fragment geleë is. Jy kan dit so oplos: draai die draad op spoele, en lê dit bo-op mekaar in holtes. So sal hierdie lang draad kompak word, en ons sal baie duidelik weet watter fragment daarvan op watter spoel is.

Dit is die beginsel van die verpakking van genetiese teks in chromosome.

En as ons toegang tot die verlangde genetiese teks moet kry, kan ons die spoel net 'n bietjie afwikkel. Die draad self verander nie. Maar dit word op so 'n manier gewikkel en gelê dat dit 'n gespesialiseerde sel toegang gee tot sekere genetiese inligting, wat konvensioneel op die oppervlak van die spoel is.

As die sel die funksie van bloed verrig, sal die legging van die draad en die spoele dieselfde wees. En, byvoorbeeld, vir lewerselle, wat 'n heeltemal ander funksie verrig, sal die stilering verander. En dit alles sal in 'n aantal selafdelings geërf word.

Nog 'n goed bestudeerde epigenetiese meganisme waaroor die meeste gepraat word, is DNA-metilering. Soos ek gesê het, is DNS 'n lang polimeervolgorde, ongeveer twee meter lank, waarin vier nukleotiede in verskeie kombinasies herhaal word. En hul verskillende volgorde bepaal 'n geen wat 'n soort proteïen kan kodeer.

Dit is 'n betekenisvolle fragment van 'n genetiese teks. En uit die werk van 'n aantal gene word die funksie van die sel gevorm. Jy kan byvoorbeeld 'n woldraad neem - baie hare loer daaruit. En dit is op hierdie plekke waar die metielgroepe geleë is. Die metielgroep wat uitsteek, laat nie sintese-ensieme vas nie, en dit maak ook hierdie DNS-streek minder leesbaar.

Kom ons neem die frase “jy kan nie genade hê om tereg te stel nie”. Ons het drie woorde – en afhangende van die rangskikking van kommas tussen hulle, sal die betekenis verander. Dieselfde is met die genetiese teks, net in plaas van woorde – gene. En een van die maniere om hul betekenis te verstaan, is om hulle op 'n sekere manier op 'n spoel te draai of metielgroepe op die regte plekke te plaas. Byvoorbeeld, as "uitvoer" binne die spoele is, en "verskoning" is buite, dan sal die sel slegs die betekenis van "wees genadig" kan gebruik.

En as die draad anders gewikkel word en die woord "uitvoer" is boaan, dan sal daar 'n teregstelling wees. Die sel sal hierdie inligting lees en homself vernietig.

Die sel het wel sulke programme van selfvernietiging, en dit is uiters belangrik vir die lewe.

Daar is ook 'n aantal epigenetiese meganismes, maar die algemene betekenis daarvan is die plasing van leestekens vir die korrekte lees van die genetiese teks. Dit wil sê, die DNS-volgorde, die genetiese teks self, bly dieselfde. Maar bykomende chemiese modifikasies sal in DNS verskyn, wat 'n sintaksteken skep sonder om die nukleotiede te verander. Laasgenoemde sal bloot 'n effens ander metielgroep hê, wat as gevolg van die gevolglike geometrie na die kant van die draad sal uitsteek.

As gevolg hiervan ontstaan 'n leesteken: "Jy kan nie tereggestel word nie, (ons stamel, want hier is 'n metielgroep) om genade te hê." So het 'n ander betekenis van dieselfde genetiese teks verskyn.

Die bottom line is dit. Epigenetiese oorerwing is 'n tipe oorerwing wat nie verband hou met die volgorde van die genetiese teks nie.

Rofweg praat, is epigenetika 'n bobou bo genetika?

Dit is nie regtig 'n bobou nie. Genetika is 'n stewige fondament, want die DNA van 'n organisme is onveranderd. Maar 'n sel kan nie soos 'n klip bestaan nie. Die lewe moet aanpas by sy omgewing. Daarom is epigenetika 'n koppelvlak tussen 'n rigiede en ondubbelsinnige genetiese kode (genoom) en die eksterne omgewing.

Dit stel die onveranderde oorgeërfde genoom in staat om by die eksterne omgewing aan te pas. Boonop is laasgenoemde nie net wat ons liggaam omring nie, maar ook elke naburige sel vir 'n ander sel binne ons.

Is daar 'n voorbeeld van epigenetiese invloed in die natuur? Hoe lyk dit in die praktyk?

Daar is 'n lyn van muise - agouti. Hulle word gekenmerk deur 'n ligte rooierige pienk rokkleur. En ook hierdie diere is baie ongelukkig: van geboorte af begin hulle siek word met diabetes, het 'n verhoogde risiko van vetsug, hulle ontwikkel vroeg onkologiese siektes, en hulle leef nie lank nie. Dit is te wyte aan die feit dat 'n sekere genetiese element in die streek van die "agouti"-geen geïnkorporeer is en so 'n fenotipe geskep het.

En aan die begin van die 2000's het die Amerikaanse wetenskaplike Randy Girtl 'n interessante eksperiment op hierdie lyn van muise opgestel. Hy het begin om hulle plantvoedsel te voer wat ryk is aan metielgroepe, dit wil sê foliensuur en B-vitamiene.

As gevolg hiervan, die nageslag van muise wat op 'n dieet hoog is in sekere vitamiene, het die rok wit geword. En hul gewig het na normaal teruggekeer, hulle het opgehou om aan diabetes te ly en is vroeg aan kanker dood.

En wat was hul herstel? Die feit dat daar 'n hipermetilering van die agouti-geen was, wat gelei het tot die ontstaan van 'n negatiewe fenotipe by hul ouers. Dit het geblyk dat dit reggestel kon word deur die eksterne omgewing te verander.

En as toekomstige nageslag op dieselfde dieet ondersteun word, sal hulle dieselfde wit, gelukkig en gesond bly.

Soos Randy Girtle gesê het, is dit 'n voorbeeld dat ons gene nie die lot is nie en ons kan dit op een of ander manier beheer. Maar hoeveel is nog 'n groot vraag. Veral as dit by 'n persoon kom.

Is daar voorbeelde van so 'n epigenetiese invloed van die omgewing op mense?

Een van die bekendste voorbeelde is die hongersnood in Nederland in 1944-1945. Dit was die laaste dae van die fascistiese besetting. Toe het Duitsland alle voedselafleweringsroetes vir 'n maand afgesny, en tienduisende Nederlanders het van honger gesterf. Maar die lewe het aangegaan – sommige mense is nog in daardie tydperk verwek.

En hulle het almal aan vetsug gely, 'n neiging tot vetsug, diabetes en verminderde lewensverwagting gehad. Hulle het baie soortgelyke epigenetiese modifikasies gehad. Dit wil sê, die werk van hul gene is beïnvloed deur eksterne toestande, naamlik daardie korttermyn-hongersnood by ouers.

Watter ander eksterne faktore kan ons epigenoom op so 'n manier beïnvloed?

Ja, alles beïnvloed: 'n stukkie brood geëet of 'n sny lemoen, 'n gerookte sigaret en wyn. Hoe dit werk is 'n ander saak.

Dit is eenvoudig met muise. Veral wanneer hul mutasies bekend is. Mense is baie moeiliker om te bestudeer, en navorsingsdata is minder betroubaar. Maar daar is nog 'n paar korrelasie studies.

Daar was byvoorbeeld 'n studie wat DNA-metilering in 40 kleinkinders van Holocaust-slagoffers ondersoek het. En wetenskaplikes het in hul genetiese kode verskillende streke geïdentifiseer wat verband hou met gene wat verantwoordelik is vir stresvolle toestande.

Maar weereens, dit is 'n korrelasie op 'n baie klein steekproef, nie 'n beheerde eksperiment nie, waar ons iets gedoen het en sekere resultate gekry het. Dit wys egter weer: alles wat met ons gebeur, raak ons.

En as jy vir jouself sorg, veral as jy jonk is, kan jy die negatiewe uitwerking van die eksterne omgewing tot die minimum beperk.

Wanneer die liggaam begin vervaag, word dit erger. Alhoewel daar een publikasie is waar dit sê dat dit moontlik is, en in hierdie geval kan ons iets daaraan doen.

Sal die verandering in 'n persoon se lewenstyl hom en sy nageslag beïnvloed?

Ja, en daar is baie bewyse hiervoor. Dit is ons almal. Die feit dat daar sewe biljoen van ons is, is 'n bewys. Menslike lewensverwagting en sy getalle het byvoorbeeld oor die afgelope 40 jaar met 50% toegeneem as gevolg van die feit dat kos oor die algemeen meer bekostigbaar geword het. Dit is epigenetiese faktore.

U het vroeër die negatiewe gevolge van die Holocaust en hongersnood in Nederland genoem. En wat het 'n positiewe uitwerking op die epigenoom? Die standaard raad is om jou dieet te balanseer, op te hou alkohol, ensovoorts? Of is daar iets anders?

Ek weet nie. Wat beteken voedingswanbalans? Wie het met 'n gebalanseerde dieet vorendag gekom? Wat tans 'n negatiewe rol in epigenetika speel, is oortollige voeding. Ons ooreet en vet. In hierdie geval gooi ons 50% van die kos in die asblik. Dit is 'n groot probleem. En voedingsbalans is 'n suiwer handelskenmerk. Dit is 'n kommersiële eend.

Lewensverlenging, terapie en die toekoms van die mensdom

Kan ons epigenetika gebruik om die toekoms van 'n persoon te voorspel?

Ons kan nie oor die toekoms praat nie, want ons ken ook nie die hede nie. En om te voorspel is dieselfde as om op die water te raai. Nie eers op die koffiegronde nie.

Elkeen het sy eie epigenetika. Maar as ons byvoorbeeld praat oor lewensverwagting, dan is daar algemene patrone. Ek beklemtoon - vir vandag. Omdat ons eers gedink het dat die oorerflike eienskappe in die ertjies begrawe is, toe in die chromosome, en aan die einde - in die DNS. Dit het geblyk dat dit tog nie regtig in DNA is nie, maar eerder in chromosome. En nou begin ons selfs sê dat op die vlak van 'n meersellige organisme, met inagneming van epigenetika, die tekens reeds in 'n ertjie begrawe is.

Kennis word voortdurend opgedateer.

Vandag is daar iets soos 'n epigenetiese horlosie. Dit wil sê, ons het die gemiddelde biologiese ouderdom van 'n persoon bereken. Maar hulle het dit vandag vir ons gedoen, volgens die model van moderne mense.

As ons die persoon van gister neem - die een wat 100-200 jaar gelede geleef het - vir hom kan hierdie epigenetiese horlosie heeltemal anders blyk te wees. Maar ons weet nie watter soort nie, want hierdie mense is nie meer daar nie. Dit is dus nie 'n universele ding nie, en met behulp van hierdie horlosie kan ons nie bereken hoe die persoon van die toekoms sal wees nie.

Sulke voorspellende dinge is interessant, vermaaklik en natuurlik nodig, aangesien hulle vandag 'n instrument in die hand gee - 'n hefboom, soos in Archimedes. Maar daar is nog geen steunpunt nie. En nou kap ons links en regs met 'n hefboom, en probeer verstaan wat uit dit alles geleer kan word.

Wat is die lewensverwagting van 'n persoon volgens DNA-metilering? En wat beteken dit vir ons?

Vir ons beteken dit net dat die maksimum biologiese ouderdom wat die natuur ons vandag gegee het ongeveer 40 jaar is. En die werklike ouderdom, wat produktief vir die natuur is, is nog minder. Hoekom is dit? Want die belangrikste ding vir die lewe is die dood. As die organisme nie ruimte, grondgebied en voedselarea vir 'n nuwe genetiese variant vrystel nie, sal dit vroeër of later tot die degenerasie van die spesie lei.

En ons, die samelewing, dring hierdie natuurlike meganismes binne.

En nadat ons sulke data nou ontvang het, sal ons oor 'n paar generasies 'n nuwe studie kan doen. En ons sal sekerlik sien dat ons biologiese ouderdom sal groei van 40 tot 50 of selfs 60. Omdat ons self nuwe epigenetiese toestande skep – soos Randy Girtl met muise gedoen het. Ons pels word wit.

Maar jy moet steeds verstaan dat daar suiwer fisiologiese beperkings is. Ons selle is gevul met vullis. En gedurende die lewe versamel nie net epigenetiese nie, maar ook genetiese veranderinge in die genoom, wat lei tot die aanvang van siektes met ouderdom.

Daarom is dit hoog tyd om so 'n belangrike parameter soos die gemiddelde lengte van 'n gesonde lewe in te voer. Want ongesond kan lank wees. Vir sommige begin dit redelik vroeg, maar op dwelms kan hierdie mense tot 80 jaar leef.

Sommige rokers leef 100 jaar, en mense wat 'n gesonde leefstyl lei, kan op 30 sterf of ernstig siek word. Is dit net 'n lotery of gaan dit alles oor genetika of epigenetika?

Jy het seker al die grap gehoor dat dronkaards altyd gelukkig is. Hulle kan selfs van die twintigste vloer af val en nie breek nie. Dit kan natuurlik wees. Maar ons leer oor hierdie saak net by daardie dronkaards wat oorleef het. Die meeste val wel neer. So is dit met rook.

Daar is inderdaad mense wat meer geneig is tot byvoorbeeld diabetes as gevolg van suikerverbruik. My vriendin is 'n onderwyser vir 90 jaar, en sy eet suiker met lepels, en haar bloedtoetse is normaal. Maar ek het besluit om lekkers op te gee, want my bloedsuiker het begin styg.

Elke individu is anders. Dit is waarvoor genetika nodig is –’n stewige fondament wat alle lewe in die vorm van DNS hou. En epigenetika, wat hierdie baie eenvoudige genetiese basis in staat stel om by sy omgewing aan te pas.

Vir sommige is hierdie genetiese basis sodanig dat hulle aanvanklik geprogrammeer is om meer sensitief vir iets te wees. Ander is meer stabiel. Dit is moontlik dat epigenetika iets hiermee te doen het.

Kan epigenetika ons help om dwelms te skep? Byvoorbeeld, van depressie of alkoholisme?

Ek verstaan nie regtig hoe nie. Daar was 'n gebeurtenis wat honderde duisende mense geraak het. Hulle het etlike tienduisende mense geneem, ontleed en gevind dat hulle daarna, met 'n mate van wiskundige waarskynlikheid, iets het, iets wat hulle nie het nie.

Dis net statistieke. Vandag se navorsing is nie swart en wit nie.

Ja, ons vind interessante dinge. Ons het byvoorbeeld verhoogde metielgroepe wat deur die genoom versprei is. So wat? Ons praat immers nie van 'n muis nie, die enigste problematiese geen waarvan ons vooraf weet.

Daarom kan ons vandag nie praat oor die skep van 'n instrument vir geteikende impak op epigenetika nie. Want dit is selfs meer divers as genetika. Om patologiese prosesse, byvoorbeeld tumorprosesse te beïnvloed, word egter tans ondersoek na 'n aantal terapeutiese middels wat epigenetika beïnvloed.

Is daar enige epigenetiese prestasies wat reeds in die praktyk gebruik word?

Ons kan jou liggaamsel, soos vel of bloed, neem en 'n sigootsel daarvan maak. En daaruit kry jy jouself. En dan is daar die kloning van diere – dit is immers’n verandering in epigenetika met onveranderde genetika.

Watter raad kan jy as epigenetikus aan die lesers van Lifehacker gee?

Leef vir jou plesier. Jy eet net groente – eet net dit. As jy vleis wil hê, eet dit. Die belangrikste ding is dat dit streel en jou hoop gee dat jy alles reg doen. Jy moet in harmonie met jouself lewe. Dit beteken dat jy jou eie individuele epigenetiese wêreld moet hê en dit goed moet beheer.