Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει επιγενετικές μνήμες που έχουν περάσει για 14 γενιές

SIGNE DEAN - 27 Απριλίου 2018
Το πιο σημαντικό σύνολο γενετικών εντολών που όλοι έχουμε να κάνουμε προέρχεται από το DNA μας, το οποίο πέρασε από γενιά σε γενιά. Αλλά το περιβάλλον στο οποίο ζούμε μπορεί να κάνει και γενετικές αλλαγές.Πέρυσι, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τέτοιου είδους περιβαλλοντικές γενετικές αλλαγές μπορούν να μεταφερθούν σε 14 γενεές σε ένα ζώο - το μεγαλύτερο διάστημα που παρατηρήθηκε ποτέ σε έναν οργανισμό και στην περίπτωση αυτή είναι μια δυναστεία των νηματωδών του C. elegans (roundworms).

Για να μελετηθεί πόσο καιρό το περιβάλλον μπορεί να αφήσει ένα σημάδι για τη γενετική έκφραση, μια ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Μοριακής Βιολογίας (EMBO) στην Ισπανία πήρε γενετικά τροποποιημένους νευρικούς σκώληκες που φέρουν διαγονίδιο για φθορίζουσα πρωτεΐνη. Όταν ενεργοποιήθηκε, αυτό το γονίδιο έκανε τα σκουλήκια να λάμπουν κάτω από το υπεριώδες φως.Στη συνέχεια, άλλαξαν τα πράγματα για τα νηματώδη αλλάζοντας τη θερμοκρασία των δοχείων τους. Όταν η ομάδα κράτησε νηματώδη στους 20 ° Κελσίου (68 ° F), μέτρησαν τη χαμηλή δραστηριότητα του διαγονιδίου - πράγμα που σήμαινε ότι τα σκουλήκια δεν ανάβουν καθόλου.Αλλά με τη μετακίνηση των σκουληκιών σε ένα θερμότερο κλίμα των 25 ° C (77 ° F), ξαφνικά φωτίζονται σαν μικρά σκουλήκια χριστουγεννιάτικα δέντρα, πράγμα που σημαίνει ότι το γονίδιο φθορισμού είχε γίνει πολύ πιο ενεργό.

Ωστόσο, οι τροπικές τους διακοπές δεν διαρκούσαν πολύ. Τα σκουλήκια μεταφέρθηκαν πίσω σε ψυχρότερες θερμοκρασίες για να δουν τι θα συνέβαινε με τη δραστηριότητα του γονιδίου φθορισμού.Παραδόξως, συνέχισαν να λάμπουν έντονα, υποδηλώνοντας ότι διατηρούσαν μια «περιβαλλοντική μνήμη» για το θερμότερο κλίμα - και ότι το διαγονίδιο εξακολουθούσε να είναι πολύ ενεργό.Επιπλέον, αυτή η μνήμη μεταβιβάστηκε στους απογόνους τους για επτά λαμπερές γενιές, από τις οποίες κανένας δεν είχε βιώσει τις θερμότερες θερμοκρασίες. Οι απόγονοι των σκουληκιών κληρονόμησαν αυτή την επιγενετική αλλαγή τόσο με τα αυγά όσο και με το σπέρμα.

Η ομάδα προχωρησε ακόμη περισσότερο - και κράτησε για πέντε γενεές νηματωδών στους 25 ° C (77 ° F) και έπειτα διέσωσε τους απογόνους τους σε ψυχρότερες θερμοκρασίες, τα σκουλήκια συνέχισαν να έχουν υψηλότερη δραστηριότητα διαγονιδίων για μια πρωτοφανή 14 γενεές.Αυτό είναι το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα που οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει ποτέ τη μετατόπιση μιας περιβαλλοντικά προκαλούμενης γενετικής αλλαγής. Συνήθως, οι περιβαλλοντικές αλλαγές στη γενετική έκφραση διαρκούν μόνο μερικές γενιές."Δεν γνωρίζουμε ακριβώς γιατί συμβαίνει αυτό, αλλά μπορεί να είναι μια μορφή βιολογικού σχεδιασμού", δήλωσε ένας από την ομάδα, Adam Klosin από το EMBO και το Pompeu Fabra University, Ισπανία."Τα σκουλήκια είναι πολύ βραχύβια, οπότε ίσως μεταδίδουν αναμνήσεις προηγούμενων συνθηκών για να βοηθήσουν τους απογόνους τους να προβλέψουν ποιο θα είναι το περιβάλλον τους στο μέλλον", πρόσθεσε η συν-ερευνητής Tanya Vavouri από το ινστιτούτο έρευνας Josep Carreras Leukemia στην Ισπανία.

Υπάρχει ένας λόγος για τον οποίο οι επιστήμονες στρέφονται προς τον C. elegans ως πρότυπο οργανισμό - τελικά, αυτές οι 14 γενιές θα χρειάζονταν περίπου 50 ημέρες για να αναπτυχθούν, αλλά μπορούν ακόμα να μας δώσουν σημαντικές ενδείξεις σχετικά με τον τρόπο μεταβίβασης της περιβαλλοντικής γενετικής αλλαγής σε άλλα ζώα και στον ανθρώπο.Υπάρχουν πολλά παραδείγματα αυτού του φαινομένου σε σκουλήκια και ποντίκια, αλλά η μελέτη της περιβαλλοντικής επιγονιδιακής κληρονομιάς στους ανθρώπους είναι ένα ζήτημα που συζητείται έντονα και υπάρχουν ακόμα πολλά που δεν γνωρίζουμε.«Οι κληρονομικές επιδράσεις στους ανθρώπους είναι δύσκολο να μετρηθούν λόγω των μακρών χρόνων γενεάς και της δυσκολίας με την ακριβή τήρηση αρχείων», δήλωσε μια πρόσφατη επισκόπηση της επιγενετικής κληρονομιάς.Αλλά μερικές έρευνες δείχνουν ότι τα γεγονότα στη ζωή μας μπορούν πράγματι να επηρεάσουν την ανάπτυξη των παιδιών μας και ίσως ακόμη και τα εγγόνια - όλα χωρίς να αλλάξουν το DNA.

Για παράδειγμα, μελέτες έχουν δείξει ότι τόσο τα παιδιά όσο και τα εγγόνια των γυναικών που επιβίωσαν από την ολλανδική πείνα του 1944-45 βρέθηκαν να έχουν αυξημένη δυσανεξία στη γλυκόζη κατά την ενηλικίωση.Άλλοι ερευνητές έχουν διαπιστώσει ότι οι απόγονοι των επιζώντων του Ολοκαυτώματος έχουν χαμηλότερα επίπεδα της ορμόνης κορτιζόλης, η οποία βοηθά το σώμα σας να ξεπεράσει το τραύμα.Η μελέτη του 2017 σχετικά με τους νηματώδεις είναι ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση περισσότερων για την επιγενετική κληρονομιά μας - ειδικά επειδή χρησιμεύει ως μια αξιοσημείωτη ενδειξη του πόσο διαρκουν αυτές οι επιδράσεις μεταξύ γενεών. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικο SCIENCE.Μια έκδοση αυτού του άρθρου δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά τον Απρίλιο του 2017.

Scientists Have Observed Epigenetic Memories Being Passed Down For 14 Generations

SIGNE DEAN - 27 APR 2018

The most important set of genetic instructions we all get comes from our DNA, passed down through generations. But the environment we live in can make genetic changes, too.Last year, researchers discovered that these kinds of environmental genetic changes can be passed down for a whopping 14 generations in an animal – the largest span ever observed in a creature, in this case being a dynasty of C. elegans nematodes (roundworms).

To study how long the environment can leave a mark on genetic expression, a team led by scientists from the European Molecular Biology Organisation (EMBO) in Spain took genetically engineered nematode worms that carry a transgene for a fluorescent protein. When activated, this gene made the worms glow under ultraviolet light.Then, they switched things up for the nematodes by changing the temperature of their containers. When the team kept nematodes at 20° Celsius (68° F), they measured low activity of the transgene - which meant the worms hardly glowed at all.But by moving the worms to a warmer climate of 25° C (77° F), they suddenly lit up like little wormy Christmas trees, which meant the fluorescence gene had become much more active.

Their tropical vacation didn't last long, however. The worms were moved back to cooler temperatures to see what would happen to the activity of the fluorescence gene.Surprisingly, they continued to glow brightly, suggesting they were retaining an 'environmental memory' of the warmer climate – and that the transgene was still highly active.Furthermore, that memory was passed onto their offspring for seven brightly-glowing generations, none of whom had experienced the warmer temperatures. The baby worms inherited this epigenetic change through both eggs and sperm.The team pushed the results even further - when they kept five generations of nematodes at 25° C (77° F) and then banished their offspring to colder temperatures, the worms continued to have higher transgene activity for an unprecedented 14 generations.

That's the longest scientists have ever observed the passing-down of an environmentally induced genetic change. Usually, environmental changes to genetic expression only last a few generations."We don't know exactly why this happens, but it might be a form of biological forward-planning," said one of the team, Adam Klosin from EMBO and Pompeu Fabra University, Spain."Worms are very short-lived, so perhaps they are transmitting memories of past conditions to help their descendants predict what their environment might be like in the future," added co-researcher Tanya Vavouri from the Josep Carreras Leukaemia Research Institute in Spain.There's a reason why scientists turn to C. elegans as a model organism - after all, those 14 generations would only take roughly 50 days to develop, but can still give us important clues on how environmental genetic change is passed down in other animals, including humans.

There are many examples of this phenomenon in worms and mice, but the study of environmental epigenetic inheritance in humans is a hotly debated topic, and there's still a lot we don't know."Inherited effects in humans are difficult to measure due to the long generation times and difficulty with accurate record keeping," stated one recent review of epigenetic inheritance.But some research suggests that events in our lives can indeed affect the development of our children and perhaps even grandchildren - all without changing the DNA.For example, studies have shown that both the children and grandchildren of women who survived the Dutch famine of 1944-45 were found to have increased glucose intolerance in adulthood.Other researchers have found that the descendants of Holocaust survivors have lower levels of the hormone cortisol, which helps your body bounce back after trauma.The 2017 study on nematodes is an important step towards understanding more about our own epigenetic inheritance - especially because it serves as a remarkable demonstration of how long-lasting these inter-generational effects may be.The findings were published in Science.