Epigenetika hýbe světem

Řada organismů dokáže vytvářet epigenetické značky, které "zapínají", "vypínají" či složitěji ovlivňují použití určitých genů. Nemusí se jednat pouze o geny kódující izolované bílkoviny. Výjimkou nejsou epigenetické změny regulačních elementů modifikujících celé důležité tělesné procesy, kterých se účastní mnoho dalších genů a jejich produktů.

Jinými slovy, epigeneticky mohou různé organismy ovlivňovat i tak složité věci, jako je vlastní růst, vytváření obranných a útočných struktur nebo chování. Epigenetické změny přitom nejsou napevno zapsané v genomu. I tak je ale organismy mohou po několik generací, zpravidla s vyznívající intenzitou, dědit.

Před nějakým časem například obletěla svět zpráva, že si myši dokážou několik generací předávat averzi k určitým pachům. Když výzkumníci hlodavce vycvičili, že určitý pach následuje slabý elektrický šok, u stejného pachu nervózněli a lekali se i jejich potomci, a dokonce vnoučata. Celý jev se přitom projevoval i za situace, kdy myši nikdy nepřišly do styku se svými biologickými rodiči. Těžko je tedy můžeme podezírat z nějaké utajené kulturní dědičnosti.

Ještě zajímavější výsledky, tedy přinejmenším z lidského hlediska, přinesly nedávné lékařské kohortové studie. Tak například děti, které byly počaty v Nizozemsku během hladomoru na konci druhé světové války, vykazovaly nejprve menší velikost a později větší riziko rozvoje obezity a diabetu. Toto jejich šetřivé, ale za podmínek blahobytu poněkud kontraproduktivní, nastavení metabolismu se přitom s určitým vyzníváním prokazatelně přenášelo i do dalších generací. Podobné vysvětlení může mít rovněž častý výskyt takzvaného metabolického syndromu, který sestává z identických potíží, u etnik, ke kterým se nedávno dostaly cukrovinky, fastfoody a další výdobytky západní kaloricky bohaté stravy.

V neposlední řadě potom nejspíš můžeme epigenetické dědičnosti připsat na vrub i poněkud záhadný zvýšený výskyt neurologických a psychických potíží u potomků lidí, kteří přežili holokaust. Zdá se totiž, že celou řadu dědičných epigenetických změn může vyvolat i silný psychický či fyzický stres.

Hnidopich by mohl namítnout, zda v tomto případě nemůže být na vině spíše ne zrovna harmonické prostředí rozvrácených rodin po největším vojenském konfliktu v dějinách. Přinejmenším podle některých studií se ale pozorované změny rozvíjejí také u vzdálenějších příbuzných v přímé linii nebo u biologických potomků přeživších holokaustu, kteří vyrůstali za normálních podmínek. Podobný vliv na biologické potomky navíc může mít i posttraumatický stresový syndrom rodičů.

Octomilky alkoholičky

Pomyslný háček epigenetických studií spočívá v tom, že se jen menšině z nich podařilo identifikovat konkrétní epigenetické změny, které by za "dědičností získaných vlastností" mohly stát. Jednou z těchto výjimek se stala nedávná studie zaměřená na mušky octomilky. Ta je přitom pikantní i v tom směru, že zkoumala preferenci octomilek pro etanol. Jinými slovy klasický líh, se kterým se setkáme například v kvasícím ovoci.

Třebaže mušky využívají alkohol z úplně jiných důvodů než lidé, genetické dráhy obou našich druhů pro vyhledávání této substance jsou podobné. Výsledky tak mohou mít co říct i ke vzniku lidského alkoholismu.

Octomilky není třeba blíže představovat. Mušky, které zvláště v létě a na podzim v hustých rejích obklopují každý kousek hnijícího ovoce, zná snad každý. Už méně lidí ovšem ví, že se octomilky mohou stávat cílem parazitoidů, kteří do jejich larev zaživa kladou vejce. Jedněmi z nejčastějších parazitoidů jsou drobné vosičky.

Vzhledem k tomu, že octomilky nijak netěší představa nechat své potomstvo zaživa sežrat parazity, v přítomnosti vosiček kladou vajíčka přednostně na kvasící ovoce s větším obsahem etanolu. K němu jsou totiž octomilky odolnější, a tak i přes určité obtíže představuje "alkoholová lázeň" pro vyvíjející se larvy účinnou ochranu.

Jak však dokázala v sérii laboratorních experimentů trojice amerických biologů, rostlinné zbytky s přebytkem etanolu mohou pro kladení vajec preferovat i octomilky, které se během života s vosičkami vůbec nesetkaly. Stačí, že je potkávali jejich předkové.

V prostředí, kde se vyskytují vosičky, klade na ovoce s větším obsahem etanolu vajíčka 94 procent samic. Mezi jejich přímými potomky, kteří se s vosičkou nikdy nesetkali, jsou to ale pořád skoro tři čtvrtiny jedinců. Efekt se pomalu vrací k normálu. Pozorovatelný je ale celých šest generací. Na vině je "stará známá" epigenetická dědičnost.

Dvě cesty k úspěchu

Následný experiment s mutantními muškami bez dlouhodobé paměti ukázal, že klíčovým bodem celého epigenetického systému je kladení vajec. V přítomnosti vosiček kladly vejce na ovoce s větším množstvím etanolu dokonce i mušky s poškozenou pamětí. Od zdravých octomilek se lišily jen v tom, že po odebrání vosiček daleko rychleji svou preferenci zapomínaly. Zatímco zdravým muškám trvalo zapomínání asi deset dní, "zapomnětlivé" octomilky začaly klást vajíčka na normální substráty hned po zmizení poslední vosičky.

Dědičná epigenetická preference pro více nakvašené ovoce se naopak rozvíjela u jedinců, kteří sami vyrůstali v prostředí s větším množstvím alkoholu. Na tuto oblibu jedinci během svého života nezapomínali. Během následujících šesti generací sice pomalu vyznívala, vždy ji ale bylo možné posílit.

Když badatelé muškám z následujících generací ukázali vosičky, jejich tendence vyhledávat prostředí s alkoholem skokově vzrostla. Samci ve vzniku celého fenoménu nehrají žádnou roli. Pokud ale sami vyrůstali v prostředí s vyšším množstvím alkoholu, tuto preferenci předávají svým potomkům stejně jako samice.

Na jednu stranu tak u mušek vidíme bezprostřední reakci na přítomnost parazitoidů, na straně druhé dědičnou oblibu určitých prostředí pro kladení vajec. Rozdíl mezi muškami, které viděly vosičky, a jejich potomky ukázala i molekulárně-biologická analýza. Obě skupiny se dost liší ve změnách použití různých genů, a dokonce i v tom, jak probíhá vývoj jejich potomků. Celý fenomén tak má patrně charakter zburcování octomilek přítomností vosiček ke kladení vajec na ovoce s větším obsahem alkoholu a následného epigenetického udržování této preference.

Třebaže se patrně nejedná o jedinou část skládačky, klíčovou roli v celém procesu hraje neuropeptid-F. Po vystavení vosičkám dochází k utlumení jeho přítomnosti v mozku, což vede k nastartování preference pro alkohol s následným epigenetickým efektem. Vyřazení peptidu vedlo k ještě větší preferenci alkoholových prostředí pro kladení vajec, a to i bez vosiček. Snížené množství neuropeptidu přitom vykazovali i potomkové octomilek, kteří sami vyrůstali na etanolu, ale vosičky nikdy neviděli.

Tato bílkovina prokazatelně hraje roli ve vyhledávání potravy včetně řádně nakvašeného ovoce. Zároveň se ale vyskytuje v řadě dalších drah podmiňujících "správné" chování slastí. Co je ale nejzajímavější, přesnou obdobu této bílkoviny – neuropeptid-Y – nalezneme i v mozku lidí. Různé dřívější studie ukázaly, že hraje mimo jiné roli ve stresové reakci, preferenci pro alkohol, nebo vzniku alkoholismu a dalších závislostí.

Nelze tak vyloučit, že určité rysy lidského chování – zejména intenzivní stres, nebo různé závislosti – mohou vyvolat epigenetické změny u potomků. Ty by se mohly projevovat mimo jiné ve formě dědičných predispozic pro rozvoj závislostí. V tomto ohledu se lidé skutečně výrazně liší a jisté doklady naznačují i tomu, že by na tento faktor mohlo mít chování rodičů či prarodičů. Zda tomu ale tak opravdu je, odhalí až další výzkum.