"Perkara utama untuk kehidupan ialah kematian": temu bual dengan ahli epigenetik Sergei Kiselyov

2024 Pengarang: Malcolm Clapton | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 04:06

Mengenai tikus, lanjutan hayat dan kesan alam sekitar terhadap genom kita dan masa depan manusia.

Sergey Kiselev - Doktor Sains Biologi, Profesor dan Ketua Makmal Epigenetik di Institut Genetik Am Vavilov, Akademi Sains Rusia. Dalam syarahan awamnya, beliau bercakap tentang gen, sel stem, mekanisme pewarisan epigenetik dan bioperubatan masa depan.

Lifehacker bercakap dengan Sergey dan mengetahui bagaimana alam sekitar mempengaruhi kita dan genom kita. Dan kami juga mempelajari umur biologi yang ditetapkan kepada kita secara semula jadi, apakah ini bermakna untuk manusia dan sama ada kita boleh membuat ramalan tentang masa depan kita dengan bantuan epigenetik.

Mengenai epigenetik dan kesannya kepada kita

Apakah genetik?

Pada asalnya genetik adalah penanaman kacang oleh Gregor Mendel pada abad ke-19. Dia mengkaji benih dan cuba memahami bagaimana keturunan mempengaruhi, contohnya, warna atau kedutan.

Selanjutnya, saintis mula bukan sahaja melihat kacang ini dari luar, tetapi juga memanjat ke dalam. Dan ternyata pewarisan dan manifestasi sifat ini atau itu dikaitkan dengan nukleus sel, khususnya, dengan kromosom. Kemudian kami melihat lebih dalam lagi, di dalam kromosom, dan melihat bahawa ia mengandungi molekul panjang asid deoksiribonukleik - DNA.

Kemudian kami mengandaikan (dan kemudian membuktikan) bahawa ia adalah molekul DNA yang membawa maklumat genetik. Dan kemudian mereka menyedari bahawa gen dikodkan dalam molekul DNA ini dalam bentuk teks tertentu, yang merupakan unit keturunan maklumat. Kami belajar dari apa ia diperbuat dan bagaimana ia boleh mengekodkan protein yang berbeza.

Maka lahirlah ilmu ini. Maksudnya, genetik ialah pewarisan sifat-sifat tertentu dalam satu siri generasi.

- Apakah epigenetik? Dan bagaimana kita sampai pada kesimpulan bahawa genetik sahaja tidak mencukupi untuk kita memahami struktur alam semula jadi?

Kami memanjat ke dalam sel dan menyedari bahawa gen dikaitkan dengan molekul DNA, yang, sebagai sebahagian daripada kromosom, memasuki sel pembahagi dan diwarisi. Tetapi selepas semua, seseorang juga muncul dari hanya satu sel, di mana terdapat 46 kromosom.

Zigot mula membahagi, dan selepas sembilan bulan, seseorang secara keseluruhan tiba-tiba muncul, di mana terdapat kromosom yang sama. Lebih-lebih lagi, mereka berada dalam setiap sel, di mana terdapat kira-kira 10 dalam badan orang dewasa.¹⁴… Dan kromosom ini mempunyai gen yang sama dalam sel asal.

Iaitu, sel asal - zigot - mempunyai rupa tertentu, berjaya membahagi kepada dua sel, kemudian melakukannya beberapa kali lagi, dan kemudian penampilannya berubah. Orang dewasa ialah organisma multisel yang terdiri daripada sejumlah besar sel. Yang terakhir ini disusun ke dalam komuniti yang kita panggil fabrik. Dan mereka, seterusnya, membentuk organ, masing-masing mempunyai satu set fungsi individu.

Sel-sel dalam komuniti ini juga berbeza dan melaksanakan tugas yang berbeza. Sebagai contoh, sel darah pada asasnya berbeza daripada sel rambut, kulit atau hati. Dan mereka sentiasa membahagikan - contohnya, disebabkan oleh pengaruh persekitaran yang agresif atau kerana badan hanya memerlukan pembaharuan tisu. Sebagai contoh, sepanjang hidup kita, kita kehilangan 300 kg epidermis - kulit kita mengelupas.

Dan semasa pembaikan, sel usus terus menjadi sel usus. Dan sel kulit adalah sel kulit.

Sel-sel yang membentuk folikel rambut dan menimbulkan pertumbuhan rambut tidak tiba-tiba menjadi luka kepala berdarah. Sel tidak boleh menjadi gila dan berkata, "Saya kini darah."

Tetapi maklumat genetik di dalamnya masih sama seperti dalam sel asal - zigot. Iaitu, mereka semua sama secara genetik, tetapi mereka kelihatan berbeza dan melaksanakan fungsi yang berbeza. Dan kepelbagaian mereka ini juga diwarisi dalam organisma dewasa.

Pewarisan jenis ini, supragenetik, yang melebihi genetik atau di luarnya, yang kemudiannya dipanggil epigenetik. Awalan "epi" bermaksud "keluar, di atas, lebih."

Apakah rupa mekanisme epigenetik?

Terdapat pelbagai jenis mekanisme epigenetik - saya akan bercakap tentang dua yang utama. Tetapi ada yang lain, tidak kurang pentingnya.

Yang pertama ialah piawaian pewarisan pembungkusan kromosom semasa pembahagian sel.

Ia menyediakan kebolehbacaan serpihan tertentu teks genetik yang terdiri daripada jujukan nukleotida yang dikodkan dengan empat huruf. Dan dalam setiap sel terdapat seutas dua meter DNA yang terdiri daripada huruf-huruf ini. Tetapi masalahnya ialah ia sukar dikendalikan.

Ambil benang nipis dua meter biasa, renyuk menjadi sejenis struktur. Kami tidak mungkin mengetahui di mana serpihan itu terletak. Anda boleh menyelesaikannya seperti ini: lilitkan benang pada gelendong, dan letakkan di atas satu sama lain dalam rongga. Oleh itu, benang yang panjang ini akan menjadi padat, dan kita akan mengetahui dengan jelas serpihannya pada gelendong mana.

Ini adalah prinsip pembungkusan teks genetik dalam kromosom.

Dan jika kita perlu mendapatkan akses kepada teks genetik yang dikehendaki, kita hanya boleh melepaskan gegelung itu sedikit. Benang itu sendiri tidak berubah. Tetapi ia dilukai dan diletakkan sedemikian rupa untuk memberikan akses sel khusus kepada maklumat genetik tertentu, yang, secara konvensional, pada permukaan gegelung.

Sekiranya sel melakukan fungsi darah, maka peletakan benang dan gegelung akan sama. Dan, sebagai contoh, untuk sel hati, yang melakukan fungsi yang sama sekali berbeza, gaya akan berubah. Dan semua ini akan diwarisi dalam beberapa bahagian sel.

Satu lagi mekanisme epigenetik yang dikaji dengan baik yang paling banyak diperkatakan ialah metilasi DNA. Seperti yang saya katakan, DNA ialah jujukan polimer yang panjang, kira-kira dua meter panjang, di mana empat nukleotida diulang dalam pelbagai kombinasi. Dan urutan berbeza mereka menentukan gen yang boleh mengekod beberapa jenis protein.

Ia adalah serpihan bermakna teks genetik. Dan daripada kerja beberapa gen, fungsi sel terbentuk. Sebagai contoh, anda boleh mengambil benang bulu - banyak rambut mengintip daripadanya. Dan di tempat-tempat inilah kumpulan metil terletak. Kumpulan metil yang menonjol tidak membenarkan enzim sintesis melekat, dan ini juga menjadikan kawasan DNA ini kurang boleh dibaca.

Mari kita ambil frasa "anda tidak boleh belas kasihan untuk melaksanakan". Kami mempunyai tiga perkataan - dan bergantung pada susunan koma di antara mereka, maknanya akan berubah. Begitu juga dengan teks genetik, hanya bukan perkataan - gen. Dan salah satu cara untuk memahami maksudnya ialah melilitkannya dengan cara tertentu pada gegelung atau meletakkan kumpulan metil di tempat yang betul. Sebagai contoh, jika "laksanakan" berada di dalam gegelung, dan "pengampunan" berada di luar, maka sel hanya akan dapat menggunakan makna "kasihanilah".

Dan jika benang digulung secara berbeza dan perkataan "laksana" berada di bahagian atas, maka akan ada pelaksanaan. Sel akan membaca maklumat ini dan memusnahkan dirinya sendiri.

Sel itu memang mempunyai program pemusnahan diri sedemikian, dan ia amat penting untuk kehidupan.

Terdapat juga beberapa mekanisme epigenetik, tetapi makna umumnya ialah penempatan tanda baca untuk bacaan teks genetik yang betul. Iaitu, urutan DNA, teks genetik itu sendiri, tetap sama. Tetapi pengubahsuaian kimia tambahan akan muncul dalam DNA, yang mencipta tanda sintaks tanpa mengubah nukleotida. Yang terakhir hanya akan mempunyai kumpulan metil yang sedikit berbeza, yang, sebagai hasil daripada geometri yang terhasil, akan melekat pada sisi benang.

Akibatnya, tanda baca timbul: "Anda tidak boleh dilaksanakan, (kami tergagap, kerana terdapat kumpulan metil di sini) untuk diampuni." Jadi makna lain dari teks genetik yang sama muncul.

Kesimpulannya ialah ini. Pewarisan epigenetik ialah sejenis pewarisan yang tidak berkaitan dengan urutan teks genetik.

Bercakap secara kasar, adakah epigenetik merupakan superstruktur berbanding genetik?

Ini sebenarnya bukan superstruktur. Genetik adalah asas yang kukuh, kerana DNA sesuatu organisma tidak berubah. Tetapi sel tidak boleh wujud seperti batu. Kehidupan mesti menyesuaikan diri dengan persekitarannya. Oleh itu, epigenetik adalah antara muka antara kod genetik (genom) yang tegar dan tidak jelas dan persekitaran luaran.

Ia membolehkan genom yang diwarisi yang tidak berubah untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran luaran. Lebih-lebih lagi, yang terakhir bukan sahaja yang mengelilingi badan kita, tetapi juga setiap sel jiran untuk sel lain dalam diri kita.

Adakah terdapat contoh pengaruh epigenetik dalam alam semula jadi? Bagaimanakah ia kelihatan dalam amalan?

Terdapat barisan tikus - agouti. Mereka dicirikan oleh warna kot merah jambu pucat. Dan juga haiwan ini sangat tidak berpuas hati: sejak lahir mereka mula sakit dengan diabetes, mempunyai peningkatan risiko obesiti, mereka mengalami penyakit onkologi lebih awal, dan mereka tidak hidup lama. Ini disebabkan oleh fakta bahawa unsur genetik tertentu telah dimasukkan ke dalam kawasan gen "agouti" dan mencipta fenotip sedemikian.

Dan pada awal tahun 2000-an, saintis Amerika Randy Girtl menyediakan eksperimen menarik pada barisan tikus ini. Dia mula memberi mereka makanan tumbuhan yang kaya dengan kumpulan metil, iaitu asid folik dan vitamin B.

Akibatnya, anak tikus yang dibesarkan dengan diet tinggi vitamin tertentu, bulu menjadi putih. Dan berat badan mereka kembali normal, mereka berhenti menghidap diabetes dan mati awal akibat kanser.

Dan apakah pemulihan mereka? Hakikat bahawa terdapat hipermetilasi gen agouti, yang membawa kepada kemunculan fenotip negatif pada ibu bapa mereka. Ternyata ini boleh diperbaiki dengan mengubah persekitaran luaran.

Dan jika keturunan masa depan disokong dengan diet yang sama, mereka akan kekal putih, bahagia dan sihat yang sama.

Seperti yang dikatakan oleh Randy Girtle, ini adalah contoh bahawa gen kita bukan takdir dan kita boleh mengawalnya. Tetapi berapa banyak masih menjadi persoalan besar. Lebih-lebih lagi apabila ia berkaitan dengan seseorang.

Adakah terdapat contoh pengaruh epigenetik persekitaran terhadap manusia?

Salah satu contoh yang paling terkenal ialah kebuluran di Belanda pada tahun 1944-1945. Ini adalah hari-hari terakhir pendudukan fasis. Kemudian Jerman memotong semua laluan penghantaran makanan selama sebulan, dan puluhan ribu orang Belanda mati kerana kelaparan. Tetapi kehidupan diteruskan - sesetengah orang masih dikandung dalam tempoh itu.

Dan mereka semua mengalami obesiti, mempunyai kecenderungan untuk obesiti, diabetes dan jangka hayat yang berkurangan. Mereka mempunyai pengubahsuaian epigenetik yang sangat serupa. Iaitu, kerja gen mereka dipengaruhi oleh keadaan luaran, iaitu, kebuluran jangka pendek pada ibu bapa.

Apakah faktor luaran lain yang boleh mempengaruhi epigenome kita sedemikian rupa?

Ya, semuanya memberi kesan: sekeping roti yang dimakan atau sepotong oren, rokok salai dan wain. Cara ia berfungsi adalah perkara lain.

Ia mudah dengan tikus. Terutama apabila mutasi mereka diketahui. Orang ramai lebih sukar untuk belajar, dan data penyelidikan kurang dipercayai. Tetapi masih terdapat beberapa kajian korelasi.

Sebagai contoh, terdapat kajian yang mengkaji metilasi DNA dalam 40 cucu mangsa Holocaust. Dan saintis dalam kod genetik mereka mengenal pasti kawasan berbeza yang dikaitkan dengan gen yang bertanggungjawab untuk keadaan tekanan.

Tetapi sekali lagi, ini adalah korelasi pada sampel yang sangat kecil, bukan percubaan terkawal, di mana kami melakukan sesuatu dan mendapat keputusan tertentu. Walau bagaimanapun, ia menunjukkan sekali lagi: semua yang berlaku kepada kita memberi kesan kepada kita.

Dan jika anda menjaga diri anda, terutamanya semasa anda masih muda, anda boleh meminimumkan kesan negatif persekitaran luaran.

Apabila badan mula pudar, ia menjadi lebih teruk. Walaupun terdapat satu penerbitan yang mengatakan bahawa ia mungkin, dan dalam kes ini, kita boleh melakukan sesuatu mengenainya.

Adakah perubahan dalam gaya hidup seseorang akan menjejaskan dirinya dan keturunannya?

Ya, dan terdapat banyak bukti untuk ini. Ini adalah kita semua. Fakta bahawa terdapat tujuh bilion daripada kita adalah bukti. Sebagai contoh, jangka hayat manusia dan bilangannya telah meningkat sebanyak 50% dalam tempoh 40 tahun yang lalu disebabkan oleh fakta bahawa makanan menjadi lebih berpatutan secara umum. Ini adalah faktor epigenetik.

Sebelum ini anda menyebut akibat negatif Holocaust dan kebuluran di Belanda. Dan apakah yang mempunyai kesan positif pada epigenome? Nasihat standard adalah untuk mengimbangi diet anda, berhenti alkohol, dan sebagainya? Atau adakah sesuatu yang lain?

Saya tidak tahu. Apakah maksud ketidakseimbangan pemakanan? Siapa yang mencipta diet seimbang? Apa yang kini memainkan peranan negatif dalam epigenetik ialah pemakanan yang berlebihan. Kami makan berlebihan dan gemuk. Dalam kes ini, kami membuang 50% makanan ke dalam tong sampah. Ini masalah besar. Dan keseimbangan pemakanan adalah ciri perdagangan semata-mata. Ini adalah itik komersial.

Lanjutan hayat, terapi dan masa depan umat manusia

Bolehkah kita menggunakan epigenetik untuk meramal masa depan seseorang?

Kita tidak boleh bercakap tentang masa depan, kerana kita juga tidak tahu masa kini. Dan meramal adalah sama seperti meneka di atas air. Bukan juga di atas bubuk kopi.

Setiap orang mempunyai epigenetik mereka sendiri. Tetapi jika kita bercakap, sebagai contoh, tentang jangka hayat, maka terdapat corak umum. Saya tekankan - untuk hari ini. Kerana pada mulanya kita menyangka bahawa sifat keturunan telah dikebumikan di dalam kacang, kemudian dalam kromosom, dan pada akhirnya - dalam DNA. Ternyata selepas semua, tidak benar-benar dalam DNA, melainkan dalam kromosom. Dan sekarang kita juga mula mengatakan bahawa pada tahap organisma multiselular, dengan mengambil kira epigenetik, tanda-tanda sudah terkubur dalam kacang.

Ilmu sentiasa dikemas kini.

Hari ini terdapat perkara seperti jam epigenetik. Iaitu, kita telah mengira purata umur biologi seseorang. Tetapi mereka melakukannya untuk kita hari ini, mengikut model orang moden.

Jika kita mengambil orang semalam - orang yang hidup 100-200 tahun yang lalu - baginya jam epigenetik ini mungkin berubah sama sekali berbeza. Tetapi kita tidak tahu jenis apa, kerana mereka ini sudah tiada. Jadi ini bukan perkara sejagat, dan dengan bantuan jam tangan ini kita tidak boleh mengira seperti apa orang masa depan.

Perkara ramalan sedemikian menarik, menghiburkan dan, tentu saja, perlu, sejak hari ini mereka memberikan instrumen - tuil, seperti dalam Archimedes. Tetapi belum ada titik tumpu. Dan sekarang kita memotong kiri dan kanan dengan tuil, cuba memahami apa yang boleh dipelajari daripada semua ini.

Apakah jangka hayat seseorang mengikut metilasi DNA? Dan apakah maknanya bagi kita?

Bagi kami, ini hanya bermakna umur biologi maksimum yang diberikan oleh alam semula jadi kepada kita hari ini ialah kira-kira 40 tahun. Dan usia sebenar, yang produktif untuk alam semula jadi, adalah lebih kurang. Kenapa begitu? Kerana yang paling penting dalam hidup adalah kematian. Jika organisma tidak membebaskan ruang, wilayah dan kawasan makanan untuk varian genetik baru, maka lambat laun ini akan membawa kepada kemerosotan spesies.

Dan kita, masyarakat, sedang menyerang mekanisme semula jadi ini.

Dan, setelah menerima data sedemikian sekarang, dalam beberapa generasi kami akan dapat menjalankan kajian baharu. Dan kita pasti akan melihat bahawa umur biologi kita akan meningkat dari 40 hingga 50 atau bahkan 60. Kerana kita sendiri mencipta keadaan epigenetik baru - seperti yang dilakukan Randy Girtl dengan tikus. Bulu kita semakin putih.

Tetapi anda masih perlu memahami bahawa terdapat batasan fisiologi semata-mata. Sel-sel kita dipenuhi dengan sampah. Dan semasa hidup, bukan sahaja epigenetik, tetapi juga perubahan genetik terkumpul dalam genom, yang membawa kepada permulaan penyakit dengan usia.

Oleh itu, sudah tiba masanya untuk memperkenalkan parameter penting seperti purata panjang kehidupan yang sihat. Sebab tak sihat boleh lama. Bagi sesetengah orang, ia bermula agak awal, tetapi dengan ubat-ubatan orang ini boleh hidup sehingga 80 tahun.

Sesetengah perokok hidup 100 tahun, dan orang yang menjalani gaya hidup sihat boleh mati pada usia 30 tahun atau menjadi sakit teruk. Adakah ini hanya loteri atau adakah ia semua tentang genetik atau epigenetik?

Anda mungkin pernah mendengar jenaka bahawa pemabuk sentiasa bernasib baik. Mereka boleh jatuh walaupun dari tingkat dua puluh dan tidak pecah. Sudah tentu, ini boleh. Tetapi kita belajar tentang kes ini hanya daripada pemabuk yang terselamat. Kebanyakannya ranap. Begitu juga dengan merokok.

Memang ada orang yang lebih terdedah, contohnya diabetes akibat pengambilan gula. Rakan saya adalah seorang guru selama 90 tahun, dan dia makan gula dengan sudu, dan ujian darahnya adalah normal. Tetapi saya memutuskan untuk melepaskan gula-gula, kerana gula darah saya mula meningkat.

Setiap individu berbeza. Inilah yang diperlukan oleh genetik - asas kukuh yang bertahan sepanjang hayat dalam bentuk DNA. Dan epigenetik, yang membolehkan asas genetik yang sangat mudah ini menyesuaikan diri dengan persekitarannya.

Bagi sesetengah orang, asas genetik ini sedemikian rupa sehingga mereka pada mulanya diprogramkan untuk menjadi lebih sensitif terhadap sesuatu. Yang lain lebih stabil. Ada kemungkinan bahawa epigenetik mempunyai kaitan dengan ini.

Bolehkah epigenetik membantu kita mencipta ubat? Sebagai contoh, dari kemurungan atau alkoholisme?

Saya tidak begitu faham bagaimana. Terdapat satu peristiwa yang menjejaskan ratusan ribu orang. Mereka mengambil beberapa puluh ribu orang, menganalisis dan mendapati bahawa selepas itu, dengan beberapa kebarangkalian matematik, mereka mempunyai sesuatu, sesuatu yang mereka tidak miliki.

Ia hanya statistik. Penyelidikan hari ini bukan hitam putih.

Ya, kita dapati perkara yang menarik. Sebagai contoh, kami telah meningkatkan kumpulan metil yang tersebar di seluruh genom. Jadi apa? Lagipun, kita tidak bercakap tentang tetikus, satu-satunya gen bermasalah yang kita ketahui terlebih dahulu.

Oleh itu, hari ini kita tidak boleh bercakap tentang mencipta alat untuk kesan yang disasarkan pada epigenetik. Kerana ia lebih pelbagai daripada genetik. Walau bagaimanapun, untuk mempengaruhi proses patologi, contohnya, proses tumor, beberapa ubat terapeutik yang mempengaruhi epigenetik sedang disiasat.

Adakah terdapat sebarang pencapaian epigenetik yang sudah digunakan dalam amalan?

Kami boleh mengambil sel badan anda, seperti kulit atau darah, dan membuat sel zigot daripadanya. Dan daripada itu dapatkan anda sendiri. Dan kemudian terdapat pengklonan haiwan - selepas semua, ini adalah perubahan dalam epigenetik dengan genetik yang tidak berubah.

Apakah nasihat yang boleh anda berikan kepada pembaca Lifehacker sebagai ahli epigenetik?

Hidup untuk kesenangan anda. Anda hanya suka makan sayur - makan sahaja. Kalau nak daging, makanlah. Perkara utama ialah ia menenangkan dan memberi anda harapan bahawa anda melakukan semuanya dengan betul. Anda perlu hidup selaras dengan diri sendiri. Ini bermakna anda perlu mempunyai dunia epigenetik individu anda sendiri dan mengawalnya dengan baik.