Epigenetika yra jauna disciplina, tyrinėjanti genų raišką. Epigenetinės revoliucijos esmė –  tyrimas to, kaip patirdamas aplinkos įtaką fenotipas gali keistis, nesikeičiant genomui. Epigenetika netruko sulaukti ir humanitarų dėmesio, dėl to, kaip ji keičia požiūrį į organizmo vystimąsi, mokymosi procesus ir aplinkos įtaką. Apie tai, kas yra epigenetika, jos tariamą ar tikrą revoliucingumą ir daugybę kitų temų, su naujai atidaryto Jungtinio Gyvybės Mokslų centro profesore, Epigenetikos grupės vadove Sonata Jarmalaite kalbėjosi Ruslanas Baranovas.

 

Pradėkime nuo klausimo, kuris, nors ir labai paprastas, tačiau būtinas –  kas yra epigenetika?

Na, epigenetika yra genetikos mokslo atšaka, todėl pradėti reikia nuo jo. Apie genetiką visi turbūt sužinojo dar mokyklos suole. Mes šiek tiek panašūs į tėvą, šiek tiek į mamą, turime truputį genų iš vieno ir truputį iš kito. Taigi, genetika aiškino, kaip šis paveldimumas vyksta, atskleidė kai kurių, ypač paveldimų, ligų priežastis. Visgi liko nemažai neaiškumų, pavyzdžiui, psichinės ligos: kai kurios iš jų nesukelia jokių genetinių pakitimų ar anomalijų. Taigi visą laiką buvo neišaiškintų sričių, kurias norėjosi paaiškinti. Atsimenu, dar mano dėstytojai sakydavo: „To mes negalime paaiškinti, matyt, tai lemia epigenetiniai veiksniai.“ Vis dėlto tada dar nebuvo jokių įrodymų.

Epigenetika neaiškina visko genų ir DNR molekulės lygmenyje. Tai daug lankstenis ir sudėtingesnis mokslas apie DNR ir baltymų, supančių DNR molekulę, modifikacijas.  Dabar mes galime paaiškinti, kodėl jūs paveldėjote daug bruožų iš savo tėvų, bet kažkas visgi kitaip, kodėl, jei jūsų tėvas sirgo negenetinėmis ligomis, pavyzdžiui, hepatitu, jūsų kepenys gali funkcionuoti prasčiau. Kitaip tariant, mes galime paaiškinti aplinkos poveikio perdavimo mechanizmus. Tarkime, mama rūkė besilaukdama ir tai paveikė kūdikį. Kaip tai įvyko? Juk jos rūkymas niekaip negalėjo paveikti kūdikio genų. Ankščiau tai būtų buvę nepaaiškinama.

Taigi, epigenetika tiria pokyčius organizme, kurie vyksta nepasikeitus genams?

Taip, ji tiria genų raišką ir jos kitimus. Kiekviena mūsų ląstelė turi 20 000 genų, bet toli gražu ne kiekvienoje ląstelėje jie veikia, todėl ir skiriasi mūsų audiniai: mes turime odą, akis, plaukus, kurių morfologinė struktūra smarkiai skiriasi. Kiekvienas audinys turi tą patį genomą, bet jo fenotipas skiriasi. Taip yra todėl, kad juose skirtingai reiškiasi genai. Prie DNR molekulės prisijungus nedidelei cheminei grupei, jos prieinamumas įvairiems veiksniams pasikeičia. Ankščiau į tai nebuvo kreipiama dėmesio ir laikoma smulkmenomis.

Apie kokią aplinkos įtaką mes kalbame?

Pavyzdžiui, aktyviai sportuojantiems pagerėja kraujotaka, pakinta genų raiška smegenyse, jau nekalbant apie raumenų audinius. Ji taip pat gali kisti dėl žalingų įpročių ar streso. Mes ir ankščiau žinojome, kad šie veiksniai kažkaip veikia genų raišką, bet tas kažkaip, žinoma, netenkino.

Vadinasi, epigenetikos terminas ir atsirado siekiant apibrėžti kažką daugiau nei genai? Tarsi savotiška juodoji dėžė?

Taip, taip. Man visuomet atrodė, kad, jei kažkas buvo neaišku, būdavo sakoma: „Tai – epigenetiniai veiksniai.“ Manau kiekvienas mokslas turi tamsiąją sritį, kuriai priskiriama viskas, kas nepaaiškinama šiuo metu. Nors epigenetika ir padėjo daug ką paaiškinti, tikiu, kad vėliau atsiras daug naujų klausimų ir naujų tyrimo lygmenų.

Genetiškai identiškos pelės

Genetiškai identiškos pelės

Kalbant apie genetiką, matyt daugiausiai atgarsio platesniuose sluoksniuose sulaukė tai, kas vadinama „genetiniu polinkiu“. Genai lemia daugelį žmogaus talentų. Atsirado netgi frazės „geri genai“, „blogi genai“. Ar epigenetikoje šis genetinis nulemtumas išlieka?

Taip, buvo kilęs klausimas, ar genai yra viskas, ar, gavus tam tikrą jų rinkinį, viskas jau yra nulemta ir tam tikrų polinkių ir ligų nebeįmanoma išvengti. Be abejo, epigenetika tai keičia. Dabar mes nebesakome „geri genai“. Kalbant apie epigenetinį paveldimumą labai svarbu yra tai, kaip mama maitinasi, kaip nusiteikusi ji laukiasi kūdikio, bet tai svarbu keliuose lygmenyse: vaisius yra veikiamas įvairių medžiagų. Dabar dažnai kalbama apie folines rūgštis, kurias reikia gerti nėščiosioms. Iš tiesų, ši medžiaga svarbi epigenetinių veiksnių pusiausvyrai ir kūdikio epigenetinei sveikatai. Bet dar įdomiau tai, kad, moteriai laukiantis dukrytės, bręsta dukros lytinės ląstelės. Taigi tai, kaip mama maitinasi, elgiasi ir jaučiasi, daro įtaką ir jos dukrai, ir netgi anūkams. Tarkime, sportuodami mes darome trumpalaikį poveikį savo genų raiškai, bet kai kurie pokyčiai nėra trumpalaikiai. Niekada nežinai, kuris poveikis bus trumpalaikis, o kuris ilgalaikis. Kaip keliauja epigenetinė informacija, kol kas dar yra gana tamsus miškas. Egzistuoja toks epigenetinis veiksnys kaip mažosios RNR, trumpos RNR, kurios prilimpa prie informacinės RNR, skirtos baltymo gamybai, ir išjungia jos veiklą. Taip jos reguliuoja genų raišką. Šios trumposios RNR laisvai keliauja organizmo skysčiais, jų yra visur: šlapime, seilėse, kraujyje ir spermoje. Taigi jei tuo metu, kai susilaukiate vaiko, jūs turite trumpalaikių epigenetinių pokyčių, jie gali persiduoti vaisiui ir likti ilgam. Mes dar tikrai daug nežinome šiame lauke.

Tam tikruose humanitarų ratuose epigenetika yra sutinkama ypač džiugiai ir vadinama revoliucija. Ar taip išties yra?

Iš tiesų, genetikai suklestėjus, mes labai daug iš jos tikėjomės: sekvenuojant genomą buvo tikimasi, kad žmogus turės labai daug genų, o, pavyzdžiui, musė – labai mažai. Kai sužinojome, kad turime 20 000 tūkstančių genų, o musė 15 000, buvome šokiruoti. Esame praktiškai lygiaverčiai genetiniame lygmenyje. Taigi genetikos mokslo bumas buvo didelis, bet gana greitai atėjo nusivylimas. Taigi tai, kad epigenetika padėjo paaiškinti, kuo mes skiriamės nuo musės ar dramblio, išties suteikia daug optimizmo. Mūsų epigenetiniai veiksniai sudėtingi, mes turime daug epigenetinių fermentų, reguliatorių. Mūsų ląstelėse veikia be galo išmintingas ir sudėtingas epigenetinis mechanizmas. Ypač kalbant apie smegenis: kartais įsivaizduojame, kad smegenų ląstelės auga iki brandos amžiaus, o po to jos visą gyvenimą dirba ir miršta. Visgi daugybė mūsų audinių atsinaujina, keičiasi, o kartu su mumis transformuojasi smegenys. Smegenyse aktyviai kinta genų raiška, epigenetiniai veiksniai, jos keičiasi savo vidumi, turiniu. Ten tokia epigenetinė audra vyksta visa laiką! Šia prasme gal ir galime epigenetikos atradimus vadinti revoliuciniais.

Kaip ir kiekviena jauna disciplina, epigenetika, matyt, turi kritikų?

Epigenetika prikėlė seną kovą tarp lamarkizmo ir darvinizmo. Šiuolaikinis mokslas palaiko Darviną: nuolat vyksta evoliucinė kova, kurioje išlieka reikalingiausi požymiai, geriausiai prisitaikę individai ir rūšys.  Mendelio dėsnių dėka buvo sukurta aiški sistema, paaiškinanti kaip perduodami paveldėti požymiai. O Lamarkas teigė, kad kai kuriuos požymius mes galime išlavinti ar įgyti gyvenimo bėgyje ir net perduoti savo palikuonims. Žinome nemažai pavyzdžių, patvirtinančių Lamarko teoriją. Mėgstamiausias – žirafos, kurios, siekdamos lapų nuo aukštų augalų, nuolat tempia kaklus, o jų palikuonys paveldi ilgesnį kaklą. Žinomas drugelių sugebėjimas savo sparnų margumą derinti prie aplinkinių medžių žievės rašto. Tokie būna ir jų palikuonys, kol supanti aplinka pakinta.  Pokyčiams vykstant, nei žirafų, nei plaštakių genai lieka nepakitę, veikia epigenetika. Šiandien epigenetika bando jungti lamarkistinį ir darvinistinį požiūrius į paveldimumą. Bet užkietėjusiems darvinistams epigenetika nelabai patinka, nors, žinoma, dėl to ji nedings (šypsosi).

Kalbame apie epigenetiką kaip apie naujovę. O kiek jai išties metų?

Dar 1942 metais C. Waddingtonas, Edinburgo universiteto profesorius, pasiūlė epigenetikos terminą ir apibrėžė pagrindines šio mokslo tiesas. Jis epigenetiką laikė mokslu apie organizmo vystymąsi, kuris gali paaiškinti morfologinius audinių kitimus. Taigi, kad tokie procesai vyksta, mes žinojome seniai, bet kad tai taptų mokslu, būtina pasakyti, kas veikia šią genų raišką. Tai pradėjo aiškėti tik praėjusio šimtmečio pabaigoje, ištyrus pagrindinius fermentus – DNR metiltransferazes, histonus modifikuojančius veiksnius. Apskritai epigenetika yra šio tūkstantmečio vaikas. Jai kokie 20–30 metų. Kai pradėjau dirbti šioje srityje Suomijoje, tuo metu dar niekas Europoje tuo nesidomėjo, viskas prasidėjo Amerikoje. 2000-aisiais žemyne pasikonsultuoti dėl epigenetikos dar nebuvo su kuo. Kiek vėliau kilo tikras bumas ir epigenetikos mokslas suklestėjo visame pasaulyje.

Kaip atrodo epigenetikos evoliucija Lietuvoje? Ar jau turime ką papasakoti apie šio mokslo istoriją mūsų šalyje?  

Kažkada grįžusi į Lietuvą pasakojau kolegoms apie epigenetiką kaip apie kažką naujo ir negirdėto. O šiandien Lietuvoje yra daugybė mokslinių grupių, dirbančių šioje srityje. Lietuva labai daug davė epigenetikai. DNR metiltransferazių veikimo principus ištyrė ir išaiškino profesoriaus S. Klimašausko grupė. Profesorius Klimašauskas podoktorantūros studijas atliko pas serą R. J. Robertsą, Nobelio premijos laureatą. Nobelio paskaitoje seras Robertsas daug kartų minėjo DNR metiltransferazes, su kuriomis jo laboratorijoje dirbo S. Klimašauskas. Profesorius A. Petronis Kanadoje tiria psichikos ligų epigenetiką. O ryškiausia naujos kartos žvaigždė – Skirmantas Kriaučionis. Jis pirmasis publikavo straipsnį apie naujo tipo epigenetines modifikacijas. Šiuo metu jis dirba Oksforde. Kaip matote, žvaigždžių turime daug. Profesorius Petronis netgi sako, kad Lietuva – epigenetikos žemė.

Kokios temos aktualiausios šiuo metu epigenetikoje?

Egzistuoja keli  klausimai, į kuriuos dabar reikia atsakyti. Žinome, kad ląstelėje egzistuoja tokios ilgosios nekoduojančios RNR. Jų funkcijos dar labai menkai ištyrinėtos. Kaip jos veikia ir ką jos daro? (gūžteli pečiais). Mes sužinojome, kad mūsų ląstelė kiekvieną kartą nuo DNR nurašo daugybę RNR molekulių, didžioji dalis jų skirta ne baltymų sintezei, o kažkam kitam. Mūsų genomas labai ilgas, bet genus koduoja  tik 2 procentai genomo. Visa kita DNR ankščiau buvo vadinta šiukšlėmis, bet dabar visų dėmesys krypsta į tas „tamsias zonas“. Taigi kiekvieną kartą, kai kažką sužinome apie tai, kaip ir kam veikia ilgosios RNR dalelės, džiaugiamės. Anksčiau mes manėme, jog epigenetinė informacija yra tik ląstelės viduje, bet pasirodo, trumposios RNR keliauja iš ląstelės į ląstelę, jų yra seilėse, prakaite, ašarose. O šiaip vis dar laukiame, kol šis naujas mokslas bus įvertintas Nobelio premija.

Daugeliui smalsių skaitytojų turbūt kils klausimas, kaip galima praktiškai pritaikyti epigenetiką?

Aš, pavyzdžiui, Jungtiniame gyvybės mokslų centre dirbu vėžio epigenetikos srityje.  Genetika čia daug ko nepaaiškino, o jei ir paaiškino, tai mažai praversdavo tyrimuose. Išpjovus auglį ir jį ištyrus, buvo galima pasakyti, kad galbūt padėtų kažkokie konkretūs vaistai arba gydymas. Mes siekiame, kad vieną dieną būtų galima tiksliai diagnozuoti vėžį iš kraujo mėginio. Sukurti tokius neinvazinius žymenis įmanoma tik epigenetikos pagalba, tiriant trumpąsias RNR ar DNR modifikacijas. Epigenetinis vaizdas kraujyje smarkiai pasikeičia mums sergant. Tikimės, kad epigenetika padės gydyti ir kitas ligas, tobulinti ankstyvąją jų diagnostiką ir prevenciją. Apskritai epigenetinė terapija ir vaistai jau egzistuoja ir yra nuolatos tobulinami. Jau dabar epigenetiniais vaistais gydomas kraujo vėžys, Reto sindromas. Sužinojome, kad kai kurie ankščiau praktikoje naudoti vaistai iš tiesų yra epigenetiniai modifikatoriai, galimybės juos pritaikyti vėžio ar psichikos ligų gydymui aktyviai tyrinėjamos. Ateityje tikimės paveikti vieną konkretų geną, pakeisdami jo raišką – tokiu atveju sunkios paveldimos genetinės ir epigenetinės ligos galėtų būti kontroliuojamos.

Mes kalbamės ką tik atidarytame Jungtiniame gyvybės mokslų centre. Pavadinimas rodo, kad visi čia plėtojami mokslai kažkaip susiję su gyvybe. Kaip jūs apibrėžiate savo tyrimo objektą?

Be galo sudėtingas klausimas. Kiekvienas čia dirbantis, matyt, turi savo apibrėžimą. Man gyvas organizmas yra tas, kuris turi ląstelę ir DNR ar RNR. Tarp gyvų organizmų, beje, yra ir tokių, kurie epigenetinių mechanizmų neturi, bet dėl to jie nėra mažiau gyvi ar mažiau įdomūs. Gyvybė – visa tai, kas įdomu, visa tai, kas nuostabu, visa, be ko nebūtų mūsų.