Epigenetika z mikrobiálneho hľadiska; •

počas tehotenstva

  • Nachádzate sa tu:
  • Inštitút pre mikroekológiu
  • Semináre
  • Sympózium o diagnostike mikrobiómov
  • Epigenetika z mikrobiálneho hľadiska

Epigenetika z mikrobiálneho hľadiska

Štúdie ukazujú, že existuje súvislosť medzi environmentálnymi faktormi vo vývoji v ranom detstve a neskorším zdravím. Toto bolo dobre preskúmané, najmä pokiaľ ide o perinatálnu výživu a riziko obezity. Vedci diskutujú o epigenetických modifikáciách ako o jednom z možných mechanizmov. Zmenená mikrobiota v čreve preto mohla zmeniť ľudský epigenóm prostredníctvom svojich metabolických produktov.

Projekt ľudského genómu bol kedysi nádejnou hviezdou vedy. Pretože genetický kód, toľko ľudí verilo, je kľúčom k takmer všetkým ľudským chorobám. Ale rýchlo sa ukázalo, že gény nie sú všetko. „Pretože genetická informácia odhaľuje iba časť celkovej štruktúry a vzhľadu človeka,“ hovorí Dr. Torsten Plösch z Univerzitnej ženskej kliniky v holandskom Groningene počas svojej prednášky na 4. odbornej konferencii pre mikroekológiu 15. októbra 2016 v Herborne.

Epigenetické modifikácie riadia frekvenciu čítania génov

Je zrejmé, že nie všetky gény v každej bunke sa čítajú a prekladajú do proteínov s rovnakou frekvenciou, napríklad pri porovnaní buniek obličiek, pečene a kože. Všetky majú jeden a ten istý genóm v jednej osobe, ale preberajú úplne iné úlohy. Za to sú zodpovedné epigenetické procesy. Kontrolujú, ktoré gény sa čítajú a kedy. V posledných rokoch pribúdajú dôkazy o tom, že mikrobióm v čreve riadi aj epigenetické procesy - ako je predmetom mladého výskumného odboru, ktorý sa tejto otázke intenzívne venuje iba asi päť rokov.

Vo výskumnej oblasti Plösch „Vývojové pôvody zdravia a chorôb“ sa vedci zaoberajú perinatálnym vývojom človeka. Skúmajú, ako napríklad strava otca a matky, ale aj faktory prostredia, ako je stres alebo chemikálie, ovplyvňujú neskoršie riziko ochorenia rastúceho dieťaťa. „Máme podozrenie, že súvislosť medzi výživou v ranom detstve a ďalšími faktormi môže prostredníctvom epigenetických zmien ovplyvniť zdravie ľudí vo vyššom veku,“ uviedol Plösch vo svojej prednáške.

Barkerova hypotéza

Výskumnú oblasť perinatálneho vývoja inicioval britský epidemiológ David Barker (1938 - 2013). Poznamenal, že v 70. rokoch došlo v chudobných oblastiach Veľkej Británie k nárastu srdcových chorôb. Barker chcel tento jav pripísať faktorom, ktoré ovplyvňovali ľudí v týchto regiónoch už v detstve. Barkerov tím sa teda vyrojil a vyčesal archívy britských nemocníc, aby katalogizoval pôrodné hmotnosti tisícov Britov.

Vzťah medzi pôrodnou hmotnosťou a rizikom ochorenia

V druhom kroku sa vedci okolo spoločnosti Barker pokúsili nájsť deti, ktoré mali v čase štúdie okolo 60 rokov. Vedcom sa to podarilo u 10 141 mužov a 5 585 žien. Dievčenské meno sa zmenilo po tom, čo manželstvo sťažilo hľadanie žien. „Údaje boli spracované v celej sérii publikácií o rôznych klinických obrázkoch,“ hovorí Plösch. „Všetky však odrážajú jeden a ten istý fenomén: Deti s ideálnou pôrodnou hmotnosťou majú nižšie riziko ochorenia v starobe ako deti s extrémne vysokou alebo nízkou pôrodnou hmotnosťou.“ 1 Údaje poskytli jasnú koreláciu medzi pôrodnou hmotnosťou a rizikom ochorenia, ale ponechali veľa otázok nezodpovedaných.

Problém s údajmi spoločnosti Baker bol: napríklad strava a životný štýl matiek počas tehotenstva neboli známe. Ale aj tu by mohol ležať kľúč k zdraviu a chorobe v starobe.

Holandská zima hladomoru a jej potomkovia

V holandskej hladovej zime 1944/45, v čase nemeckej okupácie, väčšina Holanďanov nezjedla viac ako 1 000 kalórií na báze sacharidov za deň. 20 000 ľudí zomrelo hladom. Po hladovej zime spojenci oslobodili Holandsko a potravinová situácia sa náhle zlepšila. Vedci pomocou dramatických okolností, ktoré trvali asi 4 mesiace, skúmali, ako hladovanie počas tehotenstva ovplyvňuje zdravie potomkov v dospelosti.

„Údaje naznačujú, že pre-diabetické faktory sú podporované hladom počas všetkých troch trimestrov tehotenstva. Iné závažné ochorenia, ako je rakovina prsníka alebo chronická obštrukčná choroba pľúc (CHOCHP), však boli ovplyvnené hlavne nedostatkom potravy počas prvého trimestra. “2 Ďalšie štúdie preukázali, že v tehotenstve hrá okrem hladu dôležitú úlohu aj existenčný stres a ďalšie faktory. vývoj hier potomkov.

„Z týchto zistení vyplynula naša hypotéza, že dlhodobé účinky včasných faktorov životného prostredia sú sprostredkované epigenetickými modifikáciami dôležitých regulačných faktorov,“ vysvetlil Plösch. Rodičia prenášajú svoje „skúsenosti“ na svojich potomkov pomocou epigenetických modifikácií DNA. „Na oplátku reagujú odlišne na podnety z okolia.“

Čo je to epigenetika?

Epigenetika sumarizuje faktory, ktoré iba dočasne určujú aktivitu génu, a tým aj vývoj bunky. Epigenetické modifikácie ovplyvňujú spôsob čítania DNA tým, že uľahčujú alebo sťažujú prístup k určitým častiam DNA pre čítanie enzýmov. Zmeny môžu spočívať v metylácii DNA, v modifikácii histónov alebo v zrýchlenom odbúravaní telomér. Dajú sa pozorovať iba vo vzhľade organizmu; DNA je úplne zachovaná vo svojej sekvencii.

„Živým príkladom epigenetických procesov sú húsenice a motýle. Oba majú úplne rovnaký genóm. Pretože gény v oboch tvoroch sa čítajú odlišne prostredníctvom epigenetických procesov, húsenica a motýľ vyzerajú tak odlišne, “vysvetlil Plösch. U ľudí epigenetické procesy okrem iného zabezpečujú, aby sa z kmeňových buniek vyvinuli rôzne bunky tela, ako sú bunky obličiek, pečene a mozgu. Na rozdiel od mutácií DNA sú epigenetické zmeny reverzibilné. Môžu, ale nemusia byť nevyhnutne prenesené do dcérskych buniek. Čo však ovplyvňuje epigenetické procesy v tele?

Ako môže diéta zmeniť epigenóm

Plösch ilustroval vplyv stravy na epigenóm pomocou myší aguti so žltou pokožkou. U myší farba srsti potomka závisí od stravy matky. Ak žena prijíma stravu, ktorá je obzvlášť bohatá na metyl, spáruje ju s hnedastým samcom divokého typu a rodí menej potomkov žltej farby ako s diétou s nízkym obsahom metyl. Vyšetrovanie ukázalo molekulárny mechanizmus, ktorý za týmto javom stojí: Ak má rastúci organizmus k dispozícii viac metylových skupín Časti DNA, ktoré kódujú farbu srsti potomka, sa už nečítajú. 3 „Žltá farba srsti potom ustupuje hnedastej srsti divého typu - strava tu priamo ovplyvňuje epigenóm,“ hovorí Plösch.

Metylácia DNA sa môže prenášať z generácie na generáciu

Model hladu na gravidných myšiach tiež ukázal, že metylácia DNA sa môže prenášať po celé generácie. 4 Už v druhej generácii sa vzorce čítania génov merateľne zmenili u potomkov myší, ktoré dostávali počas tehotenstva iba polovicu kalórií oproti porovnávacej skupine: gény pre metabolizmus mastných kyselín v pečeni sa u týchto zvierat čítali významne menej často ako u normálnych potomkov. kŕmené myši. Vedci zistili, že ich pozorovania sú potvrdené na úrovni metylácie v rôznych orgánoch a v spermiách potomstva.

„Medzitým je známych veľa faktorov, ktoré je možné epigeneticky zmeniť stravou matky,“ hovorí Plösch, „ale žiadny z faktorov sa dramaticky nemení.“ Súhrn mnohých malých zmien vedie skôr k zmene metabolickej situácie potomstva. zmena, zhrnul Plösch.

Ako môžu baktérie (d) ovplyvňovať epigenóm

Iba pár z nich sa dlho zaujímalo o baktérie v čreve. "Ale v určitom okamihu ste už nemohli ignorovať mikrobiotu v metabolickom výskume," hovorí Plösch. Vyvstali nasledujúce otázky: Má zmena črevného mikrobiómu dlhodobé následky pre epigenóm? A existujú nejaké interakcie medzi baktériami a epigenómom? Za účelom nájdenia odpovedí vedci Plöscha skúmali, ako mlieko z fľaše v porovnaní s materským mliekom ovplyvňuje črevný mikrobióm kojencov. 13

Vzťah medzi výživou, črevnými baktériami a epigenómom

Typické baktérie materského mlieka, ako sú bifidobaktérie alebo ruminokoky, produkujú kyselinu listovú - látku, ktorú je možné použiť na zvýšenie metylácie DNA. „Máme tu spojenie medzi výživou, črevnými baktériami a epigenómom,“ vysvetlil Plösch, „ale zatiaľ nemôžeme povedať, či rôzne diéty skutočne vedú k odlišnému epigenómu u dieťaťa.“

Jedna vec je istá: zloženie črevnej mikrobioty môže byť ovplyvnené stravou a ďalšími faktormi, ako sú napríklad antibiotické terapie. V závislosti na zložení črevné baktérie produkujú rôzne metabolické produkty. „Je možné, že tieto metabolity dosiahnu predovšetkým bunky čreva, ale aj bunky imunity v čreve, bunky v portálnej žile alebo v pečeni. Tam sú buď substrátmi pre metyláciu, alebo ovplyvňujú určité enzýmy, ktoré sa podieľajú na epigenetických procesoch, “zhrnul Plösch. „Zmeny v spôsobe čítania génov, ktoré sú spôsobené týmto spôsobom, sa dajú dlho uchovať.“

Potrebné objasnenie: Koľko bakteriálnych metabolitov sa dostane do vnútra tela?

Ktoré potraviny sa v čreve premieňajú na metabolické produkty, ktoré ovplyvňujú epigenóm, sú stále takmer neznáme. Teraz je potrebné objasniť, či a koľko bakteriálnych metabolitov preniká cez sliznicu čreva a epigeneticky mení rôzne bunky tela. V budúcnosti by sa tiež mali dôkladnejšie preskúmať účinky vysokých dávok kyseliny listovej počas tehotenstva na epigenóm dieťaťa.