"مهمترین چیز برای زندگی مرگ است": مصاحبه با اپی ژنتیک سرگئی کیسلیوف

2024 نویسنده: Malcolm Clapton | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 03:54

درباره موش ها، افزایش زندگی و تاثیر محیط بر ژنوم ما و آینده بشریت.

سرگئی کیسلف - دکترای علوم زیستی، پروفسور و رئیس آزمایشگاه اپی ژنتیک در موسسه ژنتیک عمومی واویلوف، آکادمی علوم روسیه. او در سخنرانی های عمومی خود در مورد ژن ها، سلول های بنیادی، مکانیسم های وراثت اپی ژنتیک و زیست پزشکی آینده صحبت می کند.

لایف هکر با سرگئی صحبت کرد و متوجه شد که محیط چگونه بر ما و ژنوم ما تأثیر می گذارد. و همچنین یاد گرفتیم که طبیعت چه سنی را به ما اختصاص داده است، چه معنایی برای بشریت دارد و آیا می توانیم با کمک اپی ژنتیک در مورد آینده خود پیش بینی کنیم.

درباره اپی ژنتیک و تاثیر آن بر ما

ژنتیک چیست؟

در اصل ژنتیک کشت نخود توسط گرگور مندل در قرن 19 بود. او دانه ها را مطالعه کرد و سعی کرد بفهمد که چگونه وراثت بر رنگ یا چروک شدن آنها تأثیر می گذارد.

علاوه بر این، دانشمندان نه تنها از بیرون به این نخودها نگاه کردند، بلکه از داخل نیز صعود کردند. و معلوم شد که وراثت و تجلی این یا آن صفت با هسته سلول، به ویژه، با کروموزوم ها مرتبط است. سپس حتی عمیق‌تر به داخل کروموزوم نگاه کردیم و دیدیم که حاوی یک مولکول طولانی از اسید دئوکسی ریبونوکلئیک - DNA است.

سپس فرض کردیم (و بعداً ثابت کردیم) که این مولکول DNA است که حامل اطلاعات ژنتیکی است. و سپس متوجه شدند که ژن ها در این مولکول DNA در قالب یک متن خاص رمزگذاری می شوند که واحدهای ارثی اطلاعاتی هستند. ما یاد گرفتیم که آنها از چه چیزی ساخته شده اند و چگونه می توانند پروتئین های مختلف را کد کنند.

سپس این علم متولد شد. یعنی ژنتیک وراثت برخی از صفات در یک سری نسل است.

- اپی ژنتیک چیست؟ و چگونه به این نتیجه رسیدیم که ژنتیک به تنهایی برای درک ساختار طبیعت کافی نیست؟

ما از داخل سلول بالا رفتیم و متوجه شدیم که ژن‌ها با یک مولکول DNA مرتبط هستند که به عنوان بخشی از کروموزوم‌ها وارد سلول‌های در حال تقسیم شده و به ارث می‌رسد. اما به هر حال، شخص فقط از یک سلول ظاهر می شود که در آن 46 کروموزوم وجود دارد.

زیگوت شروع به تقسیم می کند و پس از 9 ماه ناگهان یک فرد کامل ظاهر می شود که در آن کروموزوم های مشابه وجود دارد. علاوه بر این، آنها در هر سلولی هستند که حدود 10 عدد از آنها در بدن یک بزرگسال وجود دارد.¹⁴… و این کروموزوم ها همان ژن هایی را دارند که در سلول اولیه بودند.

یعنی سلول اصلی - زیگوت - ظاهر خاصی داشت، موفق شد به دو سلول تقسیم شود، سپس چند بار دیگر این کار را انجام داد و بعد ظاهرش تغییر کرد. بالغ یک موجود چند سلولی است که از تعداد زیادی سلول تشکیل شده است. دومی ها در جوامعی سازماندهی شده اند که ما آنها را پارچه می نامیم. و آنها به نوبه خود اندام هایی را تشکیل می دهند که هر کدام دارای مجموعه ای از عملکردهای فردی هستند.

سلول های این جوامع نیز متفاوت هستند و وظایف مختلفی را انجام می دهند. به عنوان مثال، سلول های خونی با سلول های مو، پوست یا کبد تفاوت اساسی دارند. و آنها دائماً در حال تقسیم هستند - برای مثال، به دلیل تأثیر یک محیط تهاجمی یا به دلیل اینکه بدن به سادگی نیاز به تجدید بافت دارد. به عنوان مثال، در کل زندگی ما 300 کیلوگرم اپیدرم را از دست می دهیم - پوست ما به سادگی از بین می رود.

و در طول ترمیم، سلول های روده همچنان سلول های روده هستند. و سلول های پوست سلول های پوستی هستند.

سلول‌هایی که فولیکول مو را تشکیل می‌دهند و باعث رشد مو می‌شوند، ناگهان تبدیل به یک زخم خونریزی‌دهنده سر نمی‌شوند. سلول نمی تواند دیوانه شود و بگوید "من الان خون هستم."

اما اطلاعات ژنتیکی موجود در آنها همچنان مانند سلول اصلی - زیگوت است. یعنی همه آنها از نظر ژنتیکی یکسان هستند، اما ظاهر متفاوتی دارند و عملکردهای متفاوتی دارند.و این تنوع آنها در ارگانیسم بالغ نیز به ارث می رسد.

این نوع وراثت فوق ژنتیکی است که بالاتر از ژنتیک یا خارج از آن است که اپی ژنتیک نامیده شد. پیشوند "epi" به معنای "بیرون، بالا، بیشتر" است.

مکانیسم های اپی ژنتیک چگونه به نظر می رسند؟

انواع مختلفی از مکانیسم های اپی ژنتیک وجود دارد - من در مورد دو مورد اصلی صحبت خواهم کرد. اما موارد دیگری نیز وجود دارند که اهمیت کمتری ندارند.

اولین مورد استاندارد توارث بسته بندی کروموزوم در طول تقسیم سلولی است.

خوانایی قطعات خاصی از یک متن ژنتیکی متشکل از توالی های نوکلئوتیدی که با چهار حرف کدگذاری شده اند را فراهم می کند. و در هر سلول یک رشته DNA دو متری متشکل از این حروف وجود دارد. اما مشکل این است که رسیدگی به آن دشوار است.

یک نخ نازک دو متری معمولی را بگیرید که به نوعی ساختار مچاله شده است. بعید است که بفهمیم کدام قطعه در کجا قرار دارد. می توانید آن را به این صورت حل کنید: نخ را روی قرقره ها بپیچید و آنها را در حفره هایی روی هم قرار دهید. بنابراین، این نخ طولانی فشرده می شود و ما کاملاً به وضوح می دانیم که کدام قطعه از آن روی کدام قرقره قرار دارد.

این اصل بسته بندی متن ژنتیکی در کروموزوم ها است.

و اگر نیاز به دسترسی به متن ژنتیکی مورد نظر داشته باشیم، می‌توانیم سیم پیچ را کمی باز کنیم. خود رشته تغییر نمی کند. اما به گونه ای پیچیده و چیده شده است که به یک سلول تخصصی امکان دسترسی به اطلاعات ژنتیکی خاصی را می دهد که معمولاً روی سطح سیم پیچ است.

اگر سلول عملکرد خون را انجام دهد، پس از آن قرار دادن نخ و سیم پیچ یکسان خواهد بود. و، به عنوان مثال، برای سلول های کبد، که عملکرد کاملا متفاوتی را انجام می دهند، یک ظاهر طراحی تغییر می کند. و همه اینها در تعدادی از تقسیمات سلولی به ارث می رسد.

یکی دیگر از مکانیسم های اپی ژنتیکی که به خوبی مطالعه شده و بیشتر در مورد آن صحبت می شود متیلاسیون DNA است. همانطور که گفتم DNA یک توالی پلیمری طولانی به طول حدود دو متر است که در آن چهار نوکلئوتید در ترکیب های مختلف تکرار می شوند. و توالی متفاوت آنها ژنی را تعیین می کند که می تواند نوعی پروتئین را رمزگذاری کند.

این قطعه معنی دار از یک متن ژنتیکی است. و از کار تعدادی ژن عملکرد سلول تشکیل می شود. به عنوان مثال، می توانید یک نخ پشمی بردارید - موهای زیادی از آن بیرون می زند. و در این مکان ها است که گروه های متیل قرار دارند. گروه متیل بیرون زده اجازه اتصال آنزیم های سنتز را نمی دهد و این باعث می شود این ناحیه DNA کمتر قابل خواندن باشد.

بیایید عبارت "شما نمی توانید به اعدام رحم کنید" را در نظر بگیریم. ما سه کلمه داریم - و بسته به ترتیب کاما بین آنها، معنی آن تغییر می کند. در مورد متن ژنتیکی هم همینطور است، فقط به جای کلمات - ژن. و یکی از راه های درک معنای آنها این است که آنها را به روشی خاص روی یک سیم پیچ بپیچید یا گروه های متیل را در مکان های مناسب قرار دهید. به عنوان مثال، اگر "اجرا" در داخل سیم پیچ ها و "بخشش" در خارج باشد، سلول فقط می تواند از معنای "رحمت کن" استفاده کند.

و اگر نخ به طور دیگری پیچیده شود و کلمه "اجرا" در بالا باشد، اجرا خواهد شد. سلول این اطلاعات را می خواند و خود را از بین می برد.

سلول چنین برنامه هایی برای خود تخریبی دارد و برای زندگی بسیار مهم است.

تعدادی مکانیسم اپی ژنتیک نیز وجود دارد، اما معنای کلی آنها قرار دادن علائم نگارشی برای خواندن صحیح متن ژنتیکی است. یعنی توالی DNA، خود متن ژنتیکی، ثابت می ماند. اما تغییرات شیمیایی اضافی در DNA ظاهر می شود که بدون تغییر نوکلئوتیدها یک علامت نحوی ایجاد می کند. دومی به سادگی یک گروه متیل کمی متفاوت خواهد داشت، که در نتیجه هندسه حاصل، به کنار نخ می چسبد.

در نتیجه، یک علامت نگارشی ایجاد می شود: "شما نمی توانید اعدام شوید، (ما لکنت می زنیم، زیرا یک گروه متیل در اینجا وجود دارد) تا رحم کنید." بنابراین معنای دیگری از همان متن ژنتیکی ظاهر شد.

نکته اصلی این است.وراثت اپی ژنتیک نوعی وراثت است که با توالی متن ژنتیکی ارتباطی ندارد.

اگر به طور تقریبی صحبت کنیم، آیا اپی ژنتیک یک روبنا بر ژنتیک است؟

این واقعاً یک روبنا نیست. ژنتیک یک پایه محکم است، زیرا DNA یک موجود زنده بدون تغییر است. اما یک سلول نمی تواند مانند یک سنگ وجود داشته باشد. زندگی باید با محیط خود سازگار شود. بنابراین، اپی ژنتیک رابط بین یک کد ژنتیکی صلب و بدون ابهام (ژنوم) و محیط خارجی است.

این ژنوم ارثی بدون تغییر را قادر می سازد تا با محیط خارجی سازگار شود. علاوه بر این، دومی نه تنها آن چیزی است که بدن ما را احاطه کرده است، بلکه هر سلول همسایه را برای سلول دیگری در ما احاطه کرده است.

آیا نمونه ای از تأثیر اپی ژنتیک در طبیعت وجود دارد؟ در عمل چگونه به نظر می رسد؟

یک خط موش وجود دارد - آگوتی. آنها با رنگ کت قرمز مایل به صورتی کم رنگ مشخص می شوند. و همچنین این حیوانات بسیار ناراضی هستند: از بدو تولد شروع به بیمار شدن با دیابت می کنند، خطر چاقی را افزایش می دهند، زود به بیماری های سرطانی مبتلا می شوند و عمر طولانی ندارند. این به این دلیل است که یک عنصر ژنتیکی خاص در ناحیه ژن "اگوتی" گنجانده شده و چنین فنوتیپی را ایجاد کرده است.

و در آغاز دهه 2000، دانشمند آمریکایی، رندی گیرتل، آزمایش جالبی را روی این خط موش انجام داد. او شروع به تغذیه آنها با غذاهای گیاهی غنی از گروه های متیل، یعنی اسید فولیک و ویتامین های B کرد.

در نتیجه، فرزندان موش‌هایی که با رژیم غذایی سرشار از ویتامین‌های خاص بزرگ شدند، کت سفید شد. و وزن آنها به حالت عادی بازگشت، آنها از دیابت دست کشیدند و زودتر از سرطان جان خود را از دست دادند.

و بهبودی آنها چگونه بود؟ این واقعیت که یک هیپرمتیلاسیون ژن آگوتی وجود داشت که منجر به ظهور یک فنوتیپ منفی در والدین آنها شد. معلوم شد که می توان با تغییر محیط خارجی این مشکل را برطرف کرد.

و اگر فرزندان آینده با همان رژیم غذایی حمایت شوند، همان سفید پوست، شاد و سالم خواهند ماند.

همانطور که رندی گیرتل گفت، این مثالی است که ژن های ما سرنوشت نیستند و می توانیم به نوعی آنها را کنترل کنیم. اما چقدر هنوز یک سوال بزرگ است. مخصوصاً وقتی صحبت از یک شخص باشد.

آیا نمونه هایی از چنین تأثیر اپی ژنتیکی محیط بر روی انسان وجود دارد؟

یکی از معروف ترین نمونه ها قحطی در هلند در سال های 1944-1945 است. این آخرین روزهای اشغال فاشیستی بود. سپس آلمان تمام مسیرهای تحویل غذا را به مدت یک ماه قطع کرد و ده ها هزار هلندی از گرسنگی جان باختند. اما زندگی ادامه داشت - برخی افراد هنوز در آن دوره باردار شده بودند.

و همه آنها از چاقی رنج می بردند، تمایل به چاقی، دیابت و کاهش امید به زندگی داشتند. آنها تغییرات اپی ژنتیکی بسیار مشابهی داشتند. یعنی کار ژن‌هایشان تحت تأثیر شرایط بیرونی، یعنی همان گرسنگی کوتاه‌مدت والدین بود.

چه عوامل خارجی دیگری می تواند این گونه بر اپی ژنوم ما تأثیر بگذارد؟

بله، همه چیز تأثیر می گذارد: یک تکه نان خورده شده یا یک تکه پرتقال، یک سیگار دودی و شراب. نحوه عملکرد آن بحث دیگری است.

با موش ها ساده است. به خصوص زمانی که جهش آنها شناخته شده باشد. مطالعه افراد بسیار دشوارتر است و داده های تحقیقاتی کمتر قابل اعتماد هستند. اما هنوز برخی مطالعات همبستگی وجود دارد.

به عنوان مثال، مطالعه ای وجود داشت که متیلاسیون DNA را در 40 نوه قربانیان هولوکاست بررسی کرد. و دانشمندان در کد ژنتیکی خود مناطق مختلفی را شناسایی کردند که با ژن های مسئول شرایط استرس زا مرتبط بودند.

اما باز هم، این یک همبستگی در یک نمونه بسیار کوچک است، نه یک آزمایش کنترل شده، که در آن ما کاری انجام دادیم و نتایج خاصی گرفتیم. با این حال، دوباره نشان می دهد: هر چیزی که برای ما اتفاق می افتد ما را تحت تأثیر قرار می دهد.

و اگر مراقب خود باشید، به خصوص در جوانی، می توانید اثرات منفی محیط بیرونی را به حداقل برسانید.

وقتی بدن شروع به محو شدن می کند، بدتر می شود.اگرچه یک نشریه وجود دارد که می گوید امکان پذیر است و در این صورت می توانیم کاری در مورد آن انجام دهیم.

آیا تغییر در سبک زندگی فرد بر او و فرزندانش تأثیر می گذارد؟

بله، و شواهد زیادی برای این موضوع وجود دارد. این همه ما هستیم. این واقعیت که ما هفت میلیارد نفر هستیم گواه است. به عنوان مثال، امید به زندگی انسان و تعداد آن در طول 40 سال گذشته 50 درصد افزایش یافته است، زیرا مواد غذایی به طور کلی مقرون به صرفه تر شده اند. اینها عوامل اپی ژنتیکی هستند.

قبلاً به پیامدهای منفی هولوکاست و قحطی در هلند اشاره کردید. و چه تاثیری روی اپی ژنوم دارد؟ توصیه استاندارد این است که رژیم غذایی خود را متعادل کنید، الکل را ترک کنید و غیره؟ یا چیز دیگری وجود دارد؟

نمی دانم. عدم تعادل تغذیه ای به چه معناست؟ چه کسی یک رژیم غذایی متعادل را ارائه کرد؟ آنچه در حال حاضر نقش منفی در اپی ژنتیک دارد، تغذیه اضافی است. پرخوری می کنیم و چاق می شویم. در این صورت 50 درصد غذا را داخل سطل زباله می اندازیم. این یک مشکل بزرگ است. و تعادل تغذیه ای یک ویژگی کاملاً تجاری است. این یک اردک تجاری است.

گسترش زندگی، درمان و آینده بشریت

آیا می توانیم از اپی ژنتیک برای پیش بینی آینده یک فرد استفاده کنیم؟

ما نمی توانیم در مورد آینده صحبت کنیم، زیرا ما زمان حال را نیز نمی دانیم. و پیش بینی همان حدس زدن روی آب است. نه حتی روی تفاله های قهوه.

هر کسی اپی ژنتیک خود را دارد. اما اگر مثلاً در مورد امید به زندگی صحبت کنیم، الگوهای کلی وجود دارد. تاکید می کنم - برای امروز. زیرا در ابتدا فکر می کردیم که صفات ارثی در نخود، سپس در کروموزوم ها و در پایان - در DNA دفن شده است. معلوم شد که در واقع نه در DNA، بلکه در کروموزوم ها. و اکنون حتی شروع به گفتن می کنیم که در سطح یک ارگانیسم چند سلولی، با در نظر گرفتن اپی ژنتیک، علائم قبلاً در یک نخود دفن شده اند.

دانش به طور مداوم در حال به روز رسانی است.

امروزه چیزی به نام ساعت اپی ژنتیک وجود دارد. یعنی میانگین سن بیولوژیکی یک فرد را محاسبه کرده ایم. اما امروز با الگوی مردم مدرن این کار را برای ما انجام دادند.

اگر شخص دیروز را در نظر بگیریم - کسی که 100-200 سال پیش می زیست - ممکن است برای او این ساعت اپی ژنتیک کاملاً متفاوت باشد. اما نمی دانیم چه نوع، زیرا این افراد دیگر آنجا نیستند. بنابراین این یک چیز جهانی نیست و با کمک این ساعت نمی توانیم محاسبه کنیم که فرد آینده چگونه خواهد بود.

چنین چیزهای پیشگویی جالب، سرگرم کننده و البته ضروری هستند، زیرا امروزه آنها یک ابزار - اهرم، مانند ارشمیدس - را در دست می دهند. اما هنوز تکیه گاه وجود ندارد. و اکنون ما با یک اهرم چپ و راست را خرد می کنیم و سعی می کنیم بفهمیم از همه اینها چه چیزی می توان آموخت.

امید به زندگی یک فرد با توجه به متیلاسیون DNA چقدر است؟ و این برای ما چه معنایی دارد؟

برای ما، این تنها به این معنی است که حداکثر سن بیولوژیکی که طبیعت امروز به ما داده است حدود 40 سال است. و سن واقعی که برای طبیعت مولد است، حتی کمتر است. چرا اینطور است؟ زیرا مهمترین چیز برای زندگی مرگ است. اگر ارگانیسم فضا، قلمرو و منطقه غذایی را برای یک نوع ژنتیکی جدید آزاد نکند، دیر یا زود این امر منجر به انحطاط گونه خواهد شد.

و ما جامعه در حال تهاجم به این مکانیسم های طبیعی هستیم.

و با دریافت چنین داده هایی در حال حاضر، در چند نسل می توانیم مطالعه جدیدی انجام دهیم. و ما مطمئناً خواهیم دید که سن بیولوژیکی ما از 40 به 50 یا حتی 60 سال خواهد رسید. زیرا ما خودمان شرایط اپی ژنتیک جدیدی ایجاد می کنیم - همانطور که رندی گیرتل با موش ها انجام داد. خز ما در حال سفید شدن است.

اما هنوز باید درک کنید که محدودیت‌های فیزیولوژیکی کاملاً وجود دارد. سلول های ما پر از زباله است. و در طول زندگی، نه تنها تغییرات اپی ژنتیکی، بلکه ژنتیکی نیز در ژنوم انباشته می شود که منجر به شروع بیماری ها با افزایش سن می شود.

بنابراین، زمان آن فرا رسیده است که پارامتر مهمی مانند میانگین طول عمر سالم را معرفی کنیم. زیرا ناسالم می تواند طولانی باشد.برای برخی، خیلی زود شروع می شود، اما این افراد با مصرف مواد مخدر می توانند تا 80 سال عمر کنند.

برخی از سیگاری ها 100 سال عمر می کنند و افرادی که سبک زندگی سالمی دارند می توانند در 30 سالگی بمیرند یا به شدت بیمار شوند. آیا این فقط یک قرعه کشی است یا همه چیز در مورد ژنتیک است یا اپی ژنتیک؟

حتماً این جوک را شنیده اید که مست ها همیشه خوش شانس هستند. آنها می توانند حتی از طبقه بیستم بیفتند و نشکنند. البته این می تواند باشد. اما ما در مورد این مورد فقط از آن مست هایی که زنده مانده اند مطلع می شویم. اکثر آنها تصادف می کنند. سیگار کشیدن هم همینطور است.

در واقع، افرادی هستند که به دلیل مصرف قند بیشتر مستعد ابتلا به دیابت هستند. دوست من 90 سال معلم است و با قاشق قند می خورد و آزمایش خونش هم طبیعی است. اما تصمیم گرفتم شیرینی ها را کنار بگذارم، زیرا قند خونم شروع به بالا رفتن کرد.

هر فردی متفاوت است. این چیزی است که ژنتیک برای آن مورد نیاز است - یک پایه محکم که تمام زندگی را در قالب DNA دوام می آورد. و اپی ژنتیک، که این مبنای ژنتیکی بسیار ساده را قادر می سازد تا با محیط خود سازگار شود.

برای برخی، این مبنای ژنتیکی به گونه ای است که در ابتدا برنامه ریزی شده اند تا نسبت به چیزی حساس تر باشند. بقیه پایدارتر هستند. این امکان وجود دارد که اپی ژنتیک با این موضوع ارتباط داشته باشد.

آیا اپی ژنتیک می تواند به ما در ساخت دارو کمک کند؟ مثلاً از افسردگی یا اعتیاد به الکل؟

من واقعا نمی فهمم چگونه. رویدادی رخ داد که صدها هزار نفر را تحت تأثیر قرار داد. آنها چند ده هزار نفر را گرفتند، تجزیه و تحلیل کردند و دریافتند که بعد از آن، با کمی احتمال ریاضی، چیزی دارند، چیزی که ندارند.

این فقط آمار است. تحقیقات امروز سیاه و سفید نیست.

بله، چیزهای جالبی پیدا می کنیم. به عنوان مثال، ما گروه های متیل بالایی داریم که در سراسر ژنوم پراکنده شده اند. پس چی؟ از این گذشته، ما در مورد یک موش صحبت نمی کنیم، تنها ژن مشکل ساز که ما از قبل می دانیم.

بنابراین، امروزه نمی توان در مورد ایجاد ابزاری برای تأثیر هدفمند بر اپی ژنتیک صحبت کرد. زیرا حتی از ژنتیک نیز تنوع بیشتری دارد. با این حال، برای تأثیرگذاری بر فرآیندهای پاتولوژیک، به عنوان مثال، فرآیندهای تومور، تعدادی از داروهای درمانی که بر اپی ژنتیک تأثیر می گذارند در حال حاضر مورد بررسی قرار می گیرند.

آیا دستاوردهای اپی ژنتیکی وجود دارد که در حال حاضر در عمل استفاده می شود؟

ما می توانیم سلول بدن شما را، مانند پوست یا خون، برداریم و از آن یک سلول زیگوت بسازیم. و از آن خود شما را دریافت کنید. و سپس شبیه سازی حیوانات وجود دارد - بالاخره این یک تغییر در اپی ژنتیک با ژنتیک بدون تغییر است.

به عنوان یک متخصص اپی ژنتیک چه توصیه ای می توانید به خوانندگان لایف هکر بدهید؟

برای لذت خود زندگی کنید. شما فقط دوست دارید سبزیجات بخورید - فقط آنها را بخورید. اگر گوشت می خواهید، آن را بخورید. نکته اصلی این است که آرام می کند و به شما امیدواری می دهد که همه چیز را درست انجام می دهید. شما باید در هماهنگی با خودتان زندگی کنید. این بدان معناست که شما باید دنیای اپی ژنتیک فردی خود را داشته باشید و آن را به خوبی کنترل کنید.