Επιγενετική: πέρα από τη μονοκρατορία των γονιδίων

Σπύρος Μανουσέλης

Δεν είμαστε υποχείρια των γονιδίων μας αλλά των ιδεοληπτικών εμμονών μας

Τι κοινό μπορεί να έχουν η άνθιση ενός φυτού, η επιρροή της δίαιτας μιας εγκύου στο μελλοντικό μεταβολισμό του παιδιού της και μια σειρά από νεοπλασίες και νευρολογικές παθήσεις;

Ολα εξαρτώνται από τη λιγότερο ή περισσότερο φυσιολογική επίδραση των επιγενετικών διεργασιών: από τις χημικές τροποποιήσεις που εισάγει το κυτταρικό περιβάλλον στη δομή και την οργάνωση του DNA.

Και όπως έδειξε μια σειρά από πρωτοποριακές έρευνες των τελευταίων 10-15 ετών, οι επιγενετικές διεργασίες, οι οποίες εκδηλώνονται με την τροποποίηση της έκφρασης των γονιδίων, αποτελούν πιθανότατα την «απάντηση» ενός οργανισμού στις εξωγενείς πιέσεις ή σε σημαντικές περιβαλλοντικές αλλαγές. Διαπίστωσαν, μάλιστα, ότι αυτές οι τροποποιήσεις στην έκφραση των γονιδίων μπορεί να είναι πρόσκαιρες και μεταβατικές, ενδέχεται όμως να είναι πολύ πιο μόνιμες και ενδεχομένως κληρονομικές!

Η πρόσφατη αναγνώριση της σημασίας των επιγενετικών αλλαγών έχει ασύλληπτες επιπτώσεις για τη ζωή και την υγεία των ανθρώπων. Για παράδειγμα,λ η Αμερικανική Εταιρεία για την Ερευνα του Καρκίνου (AACR) έχει δημοσιεύσει πολλές στατιστικές έρευνες που δείχνουν σαφώς ότι πάνω από το 60% των διαγνωσμένων νεοπλασιών δεν οφείλεται σε γενετικούς παράγοντες αλλά στον τρόπο ζωής των ασθενών.

Ευέλικτες γονιδιακές μηχανές

Το γεγονός ότι η συμπεριφορά και οι συνήθειες ενός ζευγαριού επηρεάζουν την υγεία των παιδιών του δεν αποτελεί είδηση. Αρκεί να σκεφθεί κανείς τις βλάβες που επιφέρει το κάπνισμα ή η χρήση ναρκωτικών ουσιών κατά την περίοδο της κύησης.

Λιγότερο προφανής είναι, ωστόσο, η μέχρι πρόσφατα εμπειρική διαπίστωση ότι οι διάφορες καταχρήσεις -κάπνισμα, αλκοόλ, ναρκωτικά κ.ά.- πολύ συχνά «μεταφράζονται» σε μια σειρά από μη αντιστρέψιμα βιολογικά συμβάντα που, με τη σειρά τους, επηρεάζουν δραματικά όχι μόνο το χρήστη αλλά και τα παιδιά ή τα εγγόνια του.

Αν αυτή η δυνατότητα μεταβίβασης ορισμένων επίκτητων χαρακτηριστικών σάς ακούγεται υπερβολικά αιρετική, σκεφτείτε πώς είναι δυνατόν να εξηγηθεί διαφορετικά το ότι δύο άνθρωποι που ζουν στο ίδιο περιβάλλον και έχουν ταυτόσημο γενετικό υλικό (π.χ. δύο μονοωγενείς δίδυμοι) εκδηλώνουν διαφορετική ευαισθησία σε πολλές ασθένειες.

Στην πραγματικότητα, η δυνατότητα «αναπρογραμματισμού» μέρους της γενετικής πληροφορίας που βρίσκεται κωδικοποιημένη στο DNA ίσως αποτελεί την πιο εύλογη επιστημονική εξήγηση τόσο για τη διατήρηση κάποιων επίκτητων χαρακτηριστικών για μεγάλα χρονικά διαστήματα όσο και για τη μεγάλη ταχύτητα μεταβίβασής τους στους απογόνους.

Και η επιγενετική (epigenetics) μελετά ακριβώς όλες αυτές τις επίκτητες μεταβολές στην έκφραση των γονιδίων, οι οποίες ούτε απορρέουν ούτε συνεπάγονται αλλαγές στο επίπεδο της αλληλουχίας του DNA.

Ας σημειωθεί πάντως ότι αυτός ο κλασικός ορισμός της επιγενετικής είναι μάλλον ασαφής και γονιδιοκεντρικός, αφού επικεντρώνεται αποκλειστικά στην «έκφραση» κάποιων γονιδίων και όχι στις κυτταρικές δομές που αποτελούν τον απαραίτητο λειτουργικό μηχανισμό για την έκφραση της γενετικής πληροφορίας που βρίσκεται εγγεγραμμένη στο DNA (όπως π.χ. τα σύμπλοκα ιστονών-DNA, η χρωματίνη, ορισμένα μόρια RNA κ.ά.).

Αν παρομοιάζαμε το γονιδίωμα με τα πλήκτρα ενός πιάνου (κάθε πλήκτρο αντιστοιχεί σε ένα γονίδιο), τότε το «επιγονιδίωμα» (ό,τι δηλαδή προκύπτει από την αλληλεπίδραση των γονιδίων με το περιβάλλον) είναι η μουσική που ένας πιανίστας δημιουργεί πατώντας αυτά τα πλήκτρα. Μολονότι πρόκειται για το ίδιο μουσικό όργανο, άλλη μουσική θα έπαιζε σε αυτό ο Σοπέν και άλλη ο Κιθ Τζάρετ.

Στη διπλή έλικα του DNA βρίσκονται κωδικοποιημένες όλες οι γενετικές πληροφορίες που είναι απαραίτητες για την καλή λειτουργία ενός οργανισμού, όμως το μόριο αυτό από μόνο του είναι εξαιρετικά αδρανές και «αυτιστικό»: μόνο αν βρεθεί στο κατάλληλο μικροπεριβάλλον και ενεργοποιηθεί από την παρουσία μιας σειράς διαφορετικών μορίων καταφέρνει να «εκφραστεί».

Προδιαμόρφωση ή επιγένεση;

Σε αυτό το σημείο υπεισέρχονται οι επιγενετικοί μηχανισμοί που τροποποιούν και ρυθμίζουν την έκφραση των γονιδίων. Για παράδειγμα, η μεθυλίωση, η προσθήκη δηλαδή μιας ομάδας μεθυλίου σε κάποια από τις τέσσερις βάσεις του DNA, έχει ως αποτέλεσμα την «αποσιώπηση» του μεθυλιωμένου γονιδίου. Με άλλα λόγια, η μεθυλίωση καθιστά τα γονίδια ανενεργά, ενώ ό,τι αφαιρεί τη μεθυλική ομάδα επανενεργοποιεί το γονίδιο.

Σε μια σειρά από πρωτοποριακές έρευνες οι Michael Meaney και Moshe Szyf απέδειξαν, αρχικά στους αρουραίους και πιο πρόσφατα στους ανθρώπους, τις δραματικές συνέπειες που έχει το στρες και η ψυχολογική πίεση στη μεθυλίωση των γονιδίων που σχετίζονται με το άγχος. Αλλά και άλλες μεταγενέστερες έρευνες επιβεβαίωσαν τις αρνητικές επιγενετικές επιδράσεις του στρες.

Εξίσου καταστροφική αποδείχτηκε η εμπλοκή των επιγενετικών τροποποιήσεων για την εμφάνιση νεοπλασιών καθώς και νευρολογικών παθήσεων. Αυτό επιβεβαιώνετε από τις βιοϊατρικές αναλύσεις ασθενών που πάσχουν από σοβαρά νευρολογικά προβλήματα (αυτιστικοί, σχιζοφρενείς, καταθλιπτικοί). Στους ψυχωτικούς ασθενείς, μάλιστα, διαπιστώθηκε σαφής αύξηση της επιγενετικής μεθυλίωσης των γονιδίων (BDNF) στα κύτταρα του μετωπιαίου φλοιού τους.

Τα αποτελέσματα αυτών των ερευνών φαίνεται να παραβιάζουν και να αμφισβητούν στην πράξη τη βασική απαγορευτική αρχή της σύγχρονης γενετικής, σύμφωνα με την οποία «τα επίκτητα χαρακτηριστικά δεν κληρονομούνται ποτέ». Αν όμως το περιβάλλον δεν είναι σε θέση να προκαλεί απευθείας στοχευμένες γενετικές αλλαγές στο γενετικό υλικό (DNA), μπορεί, εντούτοις, κάλλιστα να προκαλεί βαθύτατες επιγενετικές μεταβολές στην έκφραση των γονιδίων, ορισμένες από τις οποίες είναι κληρονομήσιμες.

Η είσοδος στη μετα-γονιδιωματική εποχή

Από τα μέσα του εικοστού αιώνα στη βιολογική σκέψη κυριαρχεί ένα νέο και πολύ δυναμικό ερευνητικό πρόγραμμα, το οποίο επιζητεί να εξηγήσει σε μοριακό επίπεδο το σύνολο σχεδόν των πολύπλοκων ζωικών φαινομένων. Πρόκειται για το πρόγραμμα της «μοριακής βιολογίας», το οποίο τα επόμενα πενήντα χρόνια αποδείχτηκε -τόσο σε ιδέες όσο και σε βιοτεχνολογικά προϊόντα- ο παραγωγικότερος κλάδος της έρευνας στη βιολογία.

Εκτοτε, η μοριακή προσέγγιση θα θεωρηθεί η βασιλική οδός για την αποκάλυψη των μέχρι τότε επτασφράγιστων μυστικών της ζωής. Πράγματι, χάρη στη λεπτομερή κατανόηση του μηχανισμού αναπαραγωγής του DNA καταφέραμε να «λύσουμε» οριστικά το μεγάλο μυστήριο της αναπαραγωγής: οι βιολόγοι ανακάλυψαν την ακριβή χημική δομή και διάταξη των γονιδίων πολλών οργανισμών και αποκρυπτογράφησαν το «γενετικό κώδικα», δηλαδή τους κανόνες έκφρασης των γονιδίων. Επίσης έμαθαν πώς να ανασυνδυάζουν και να κλωνοποιούν στο εργαστήριο γονίδια από διαφορετικούς οργανισμούς, δημιουργώντας ολότελα νέες «διαγονιδιακές» μορφές ζωής.

Ετσι εξηγείται γιατί τις τελευταίες δεκαετίες στη βιολογική σκέψη επικράτησε η απλοϊκή και αναμφίβολα μονοδιάστατη αντίληψη ότι το DNA αποτελεί το μοναδικό υλικό υπόστρωμα σχεδόν όλων των βιολογικών πληροφοριών.

Τα κοινά ανατομικά και νοητικά χαρακτηριστικά όλων των πλασμάτων που ανήκουν στο είδος μας (Homo sapiens) θα πρέπει να βασίζονται στην κοινή γονιδιακή μας κληρονομιά. Και η κοινή γενετική μας κληρονομιά εξηγείται με τη σειρά της από την κοινή βιολογική καταγωγή και εξέλιξη των ανθρώπινων γονιδιωμάτων.

Αν όμως η ισότητα μεταξύ των ανθρώπων εξαρτάται όντως από την κοινή βιολογική μας καταγωγή (και όχι από κάποια ηθικο-πολιτική ή θρησκευτική επιταγή), τότε πώς εξηγούνται η τεράστια ποικιλομορφία στο εσωτερικό του είδους μας και η ουσιαστική μοναδικότητα κάθε ανθρώπινου όντος;

Η απάντηση σε αυτό το βασανιστικό ερώτημα θα εξαρτηθεί όχι μόνο από τη διαύγαση των πολύπλοκων σχέσεων ανάμεσα στα γονίδια και το περιβάλλον τους, αλλά και από τη βαθύτερη κατανόηση των ποικίλων επιγενετικών μηχανισμών που διαμεσολαβούν στις αμφίδρομες αλληλεπιδράσεις των γονιδίων με το περιβάλλον.

Επομένως, το μεγάλο στοίχημα για την ανάπτυξη της επιγενετικής σκέψης στον εικοστό πρώτο αιώνα δεν είναι, όπως συχνά λέγεται, η εγκατάλειψη των στείρων «αναγωγιστικών» μεθόδων για χάρη κάποιων πιο δημιουργικών «ολιστικών» προσεγγίσεων, αλλά, αντιθέτως, η αναζήτηση μιας νέας και χωρίς ιδεολογικές προκαταλήψεις αντίληψης για τη συνάρθρωση των γονιδίων με το περιβάλλον τους.