Епигенетиката изучава поведението на индивида и въздействието на външната среда, които могат да причинят промени, влияещи върху начина, по който гените на индивида функционират. Епигенетичните промени се осъществяват в хода на процесите на развитието и стареене на човешкото тяло, и могат да въздействат върху здравното състояние на човека по различни начини. Нашите гени имат съществена роля за нашето здраве, но се отразяват също така нашето поведение и околната среда, както и какво ядем, колко сме физически активни. За разлика от генетичните мутации, епигенетичните въздействия са възвратими и не променят последователността на базите в ДНК. Но могат да променят начина на прочитане на ДНК секвенциите. Епигенетичните промени могат да въздействат на генната експресия, като „включват“ и „изключват“ съответните гени.
Има няколко начина, по които факторите на околната среда могат да причинят епигенетични промени. Един, може би най-известният, са промените в
метилирането на ДНК
Това представлява процес на добавяне на метилова група към ДНК, с което се изключват съответните гени. Тази група може да бъде премахната от ДНК, което се нарича деметилиране. Там, където се прикрепи метиловата група към ДНК, намалява активността на съответния ген. Колкото повече метилови групи се прикрепват към съответния ген, толкова повече неговата активност ще бъде затруднена. Пълното метилиране на гена ще го направи неактивен.
Вторият механизъм на епигенетично повлияване е
модификацията на хистоните
Това са протеини, които участват в пакетирането на ДНК. Прибавянето или премахването на химични групи от хистоните променя правилното нагъване на ДНК с всички последствия от това.
Третият основен начин на епигенетичната регулация е
интерференцията на РНК
За този процес се знае от няколко години. Той не засяга директно гените, а по-скоро се смущава прехвърлянето на наследствените фактори от гените към техните продукти – протеините.
Тези начини на въздействие се допълват и от други молекулни механизми, регулиращи някои процеси в клетките. Всички тези химични маркери и фактори, които обхващат ДНК на клетката, се наричат „епигеном“ или „вторият код на живота“. Най-важното свойство на епигенетичните модификации е тяхната гъвкавост. Някои промени просъществуват само няколко минути, други – дни, трети – години, а четвърти – завинаги. Епигенетичните промени се променят с възрастта и са част от нормалното развитие. Такива промени има и през пренаталното развитие. Епигенетиката на индивида се видоизменя през целия живот. Епигенетиката на индивида при раждането не е същата, каквато е в детството и в зряла възраст. Никой индивид не може да избегне въздействието на околната среда.
Според „Гурото на дълголетието“ – генетика Давид Синклер, епигенетичното управление на ДНК с напредване на възрастта става все по-малко прецизно – в хода на времето нашите клетки изгубват познанието кои гени трябва да бъдат активни. С това те изгубват своята идентичност. В своя бестселър Синклер описва, че загубата на информация е тясно свързана със сиртуините – една специална група от суперензими. Провеждани са многобройни експерименти, които могат да доведат до нова ера в медицината. Експериментите дават основание чрез намесите в епигенетиката да се въздейства върху процеса на стареене. Например при хора, изгубили своето зрение, да бъдат подмладени някои нервни клетки. Това е постигнато при експериментални животни, като надеждата е да се получи и при хората.
Редица автори приемат, че вероятно най-простият път да се повлияе на процеса на стареене е чрез някои медикаменти – например метформин. Той спира образуването на въглехидрати в черния дроб, с което пациентите поддържат добри нива на глюкозата в кръвта. Той е в употреба от 1950 г., евтин е и няма странични ефекти. Метформинът има полезен ефект при сърдечно-съдови болести, тумори и когнитивни смущения. Биологичният стрес при прием принуждава тялото да включи защитна програма – клетките в тялото се делят по-бавно и стават по-здрави и стабилни. Този процес е еволюционен подарък.
Давид Синклер е такъв привърженик на този препарат, че предлага той да се приема и от индивиди, които нямат диабет. Това се прилага от редица лекари. Изследванията обаче показват, че това не е правилно. Което означава, че и най-големите специалисти понякога грешат в своите преценки.
Магическата дума при търсене на възможност за повлияване на процеса на стареене е
„биологичен стрес“
Защитната система на сиртуините влиза в действие, когато организмът трябва да мобилизира своите сили за преживяване. Понякога постенето е най-добрият пример. Друг пример е хранене с растителни протеини вместо с животински. Препоръчват се храни като леща, ориз, овесени ядки или орехи, които съдържат всички аминокиселини, но рядко в достатъчно количество. Според авторите това поддържа младостта, защото липсата им в обмяната на някои протеини води до стрес и активира регулаторите на дългия живот. Също така интензивното и продължително физическо натоварване въздейства върху тези регулатори. Важно е също така тези въздействия да не бъдат прекомерни.
Съществена роля в епигенетичната система имат
някои от В витамините
като фолиевата киселина и витамин В12, но също и витамин В2 и В6. Тези витамини повлияват на различни места каскадата от биохимични реакции, като резултатът е, че едни гени се активират, а други намаляват своята активност. Фолиевата киселина, известна с името витамин В9, включва процеси, които накрая водят до метилиране на ДНК. Добрата новина е, че епигенетиката има собствен биомаркер – да показва здравословните ефекти на часовника на живота, който функционира в гените. Революционният метод, с който биологичната възраст на един човек може да се измери с нивото на метилиране на ДНК, може да покаже подмладяващия ефект на здравословното хранене по сигурен начин. Има изследвания от 2021 г., които сочат, че една епигенетична диета, с достатъчен сън и двигателна активност в продължение на 8 седмици е, върнала биологич-
ния часовник с почти две години. Подобни резултати са постигнати с диета с добавени витамин В12, фолиева киселина или магнезий.
Проведени са изследвания с група мъже, при които зелените зеленчуци, зелето, орехите и семената са били съществени компоненти на епигенетичната диета. Редуцирани били храните с висок гликемичен индекс като ориз и бял хляб, като са били редуцирани протеините от месото, сиренето и млякото. Подопитните индивиди не са се хранили между 19 и 7 часа, като това отговаря на по-ниско ниво на постене. Те са практикували всеки ден спорт, имали са 7 часа сън и са правили дихателни упражнения за антистрес. Резултатът от това изследване е, че тези мъже са се подмладили с 1.96 години. Съществува книга на тази тема от двама много известни автори, която е озаглавена „Подмлади своите гени“.
Епигенетиката показва кои храни са подходящи за здравето и продължителността на живота. Има изследвания за значението на постенето, като епигенетичен ефект. Установени са 2-3% намаляване на темпото на стареене на организма. Тук същественият въпрос е дали това си заслужава. Повечето хора биха казали не. Продължителното лишаване от калории ще доведе до увреждане на костите и мускулите, да не говорим за лошото настроение. Една по-лека възможност е да изпускаме понякога едно от храненията през деня. Съществува препоръка да внимаваме с фигурата си. Свръхтеглото оставя следи върху ДНК. Повишеният Body-Mass-Index води до епигенетични корекции на 187 места в нашата ДНК.
Има една немска поговорка „Който дълго седи, рано умира“. Човекът еволюционно не е пригоден за седене зад бюро. Далечните ни предци са бягали, за да достигнат своята храна, или за тази цел са се катерили по дърветата. Човешката биология е програмирана. За да бъде човекът здрав, трябва мускулите, костите, ставите, сърцето и белите дробове да работят активно. Световната здравна организация препоръчва за възрастта 18 – 64 години минимум от 150 до 300 минути на седмица физическа активност със средна интензивност, или 75 до 150 минути с висока интензивност. Хората над 65-годишна възраст, според СЗО, трябва три пъти в седмицата да осъществяват упражнения за сила, равновесие и координация. В резултат на силови упражнения се повлиява положително срещу намаляването с 1% на мускулната маса след 28-годишна възраст. Получава се в скелетните мускули съответната епигенетична памет. Изследванията са установили, че при първата тренировка голяма част от мускулната ДНК се освобождава от метиловите групи. Това епигенетично модифициране на мускулните клетки остава за около два месеца в покой, а при липса на физическа активност скелетните мускули губят своята маса и сила.
От съществен интерес е дали информацията от прекарана инфекциозна болест ще се предаде на следващото поколение по класическия начин на деметилиране. Метиловите групи пречат на достъпа до съответни области на ДНК, ето защо съответният ген не може да бъде прочетен. Сигурно е, че след инфекция със Sars-COV-2 остават типични епигенетични промени в левкоцитите и в другите имунни клетки, получили нови допълнителни метилови групи в ДНК.
Няма съмнение, че репликацията или копирането на гените се променя от въздействието на химични и физични фактори на околната среда. Агрохимикали, пестициди, химически съединения или медикаменти, фин прах и други имат способност да модифицират епигенетичните маркери в хромозомите. Тези увреждащи въздействия върху ДНК водят до увеличаване предразположението за болести. При настъпването на тези епимутации в сперматозоидите и яйцеклетките ще се осъществи едно биологично завещание, което ще увреди децата и внуците.
Епигенетиката съществено промени нашето разбиране за генетиката. Гените не са вече неумолима съдба, те са една променима част на нашето аз. Трябва съ-
що да се изтъкне и възможността на епигенетиката да „подмлади индивида“. Епигенетиката има още много надалеч отиващи последствия. Тя ще промени медицината. Това вероятно ще стане в онкологията. Туморите ще бъдат класифицирани според техните генетични и епигенетични свойства, което ще даде възможност терапията на туморите да бъде персонализирана. Това би било стъпка към възможността за „имунизиране срещу рака“.
Акад. Владимир Овчаров
