ядем

Старата поговорка, че бременните жени ядат за двама, може да е по-вярна от всякога в светлината на неотдавнашните изследвания на диетата и контрола на генната експресия. Връзката между диетата на бременните жени - и до известна степен и на мъжете - по време на зачеването и здравето на плода се разглежда най-вече по отношение на основните рискови фактори като тютюнопушене или злоупотреба с вещества. Епидемиологичните и молекулярни изследвания обаче разкриват по-сложна и фина картина за това как хранителното поведение на бременната жена влияе върху изразяването на нейните собствени - и евентуално на нейния плод - гени, а оттам и на дългосрочното здраве на нейните деца. „Диабет тип II, сърдечни заболявания поради затлъстяване, инсулинова резистентност и хипертония са болестите, които са най-силно свързани с диетата на майката по време на бременност“, казва Карън Лиликроп, която е специализирана в перинаталното хранене в университета в Саутхемптън, Великобритания.

Освен това има все повече доказателства, че диетичните ефекти, които могат да променят експресията и контрола на гените, може дори да са били движеща сила за човешката еволюция. Неотдавнашно проучване разкри, че най-голямото разминаване между геномите на хората и шимпанзетата се открива сред гените, които контролират метаболизма и са тясно свързани с диетата (Somel et al, 2008).

Механизмите, които позволяват на генома да взаимодейства с фактори на околната среда, като диетата, са епигенетични промени - концепция, предложена за първи път от британския биолог Конрад Уадингтън (1905–1975) през 1942 г., за да се опише взаимодействието между гените и околната среда при определяне на фенотипа на организма.

По-нататъшни изследвания от времето на Уадингтън показват, че епигенетичните промени се случват не само по време на ембрионалното развитие, но и през целия живот на организма. Същите механизми - по-специално метилирането на ДНК и модифицирането на хистона - имат роля в придобиването и поддържането на епигенетични промени, предизвикани от диетични или други фактори на околната среда. Всъщност те са предпоставка за многоклетъчен живот; епигенетичните промени, които се случват в ембриона по време на клетъчната диференциация, позволяват на органи и клетъчни типове да формират и запазват специфичните си профили на генна експресия. За да се случи това, епигенетичните модификации трябва да бъдат запазени по време на клетъчното делене. Освен това способността да се модифицира генната експресия в отговор на факторите на околната среда трябва да е предшествала еволюцията на многоклетъчния живот, защото се среща в едноклетъчни еукариоти и прокариоти. Следователно е вероятно тези механизми да са били кооптирани от многоклетъчния живот, за да се улесни клетъчната диференциация.

Дълго време учените предполагаха, че тези предизвикани от околната среда промени продължават най-много за целия живот на отделния организъм, но не оказват влияние върху неговото потомство, тъй като гаметогенезата ще „избърше чистата“ и потомството ще наследи напълно неподправен набор от гени. Обаче специфичните механизми, които причиняват епигенетична модификация на генната експресия, сега са известни, че участват в не-менделски - т.е. негенетично - наследяване.

има все повече доказателства, че диетичните ефекти, които могат да променят експресията и контрола на гените, може би дори са били движеща сила за човешката еволюция

Епигенетичните механизми са включени и в друга форма на неменделско наследяване, геномно отпечатване, което е най-разпространено при бозайниците и цъфтящите растения, при което женската отделя значителни ресурси на своето потомство. Генетичният импринтинг се появява само при малък брой гени, когато алелът, наследен от определен родител - най-често майката, се заглушава. Изглежда, че механизмът се е развил, поне отчасти, чрез сексуална конкуренция и самият той не се влияе от фактори на околната среда. Тъй като обаче само едно копие от всеки импринтиран ген се наследява, те са особено чувствителни към предизвиканото от околната среда епигенетично препрограмиране. Освен това импринтираните гени, които вероятно са се развили в резултат на сексуален конфликт поради разпределението на ресурси за потомството, участват в различни метаболитни функции и обработката на хранителни вещества.

Следователно не е изненадващо, че някои от най-сериозните състояния, произтичащи от вредните въздействия върху околната среда или диетата, включват епигенетична модификация на отпечатани гени, например инсулиноподобния растежен фактор 2. Въпреки това, повечето от гените, модифицирани от диетичните ефекти, особено в случаите, когато въздействието е по-слабо изразено, не се отпечатват. Генетичното импринтиране се определя изцяло от родителите, за разлика от епигенетичните модификации, които се индуцират от диета или други фактори на околната среда, някои от които също могат да бъдат наследени.

През последното десетилетие епидемиолозите трупат примери за наследствени епигенетични промени, предизвикани от диетата. Например няколко проучвания съобщават, че майките с диабет или с наднормено тегло по време на бременност - което отчасти зависи от диетата - са по-склонни да имат деца със затлъстяване (Mayer-Davis et al, 2006). Тази и друга работа имат непосредствено значение за общественото здраве, тъй като помагат да се обяснят някои проблеми на човешкото здраве, произтичащи от съвременното хранене, особено в индустриализираните страни. Въпреки че хората в развитите страни може да живеят по-дълго от всякога, съвременният начин на живот породи и няколко проблема, много от които, както сега става ясно, включват епигенетични ефекти. Най-важното сред тях е нарастващата епидемия от затлъстяване - особено детското затлъстяване - която засяга всяка страна в индустриализирания свят и причинява сериозни проблеми на общественото здравеопазване и здравните системи и хората, страдащи от това.

Очевидно генетичният състав на цяла популация не може да се промени в рамките на едно поколение, което очевидно оставя само две възможни обяснения за детското затлъстяване: или то е причинено от промяна в диетата - по-специално консумацията на пристрастяващи висококалорични боклуци храни; или децата се упражняват по-малко, отколкото преди; или комбинация от двете. Това обаче не отчита пълната степен на епидемията от затлъстяване; всъщност изглежда, че диетата и здравето на майката също играят голяма роля.

епидемиолозите трупат примери за наследствени епигенетични промени, предизвикани от диетата

Това може да е добра новина за терапевтична интервенция, тъй като епигенетичният компонент на фенотипната черта - като податливостта към детско затлъстяване - може да бъде по-лесен за промяна от действителните генетични дефекти. Всъщност епигенетичните модификации по дефиниция са доста податливи на промяна, тъй като реагират на фактори на околната среда; по този начин, обръщане на условията, които водят до детско затлъстяване - лоша майчина диета по време на бременност - може да реши проблема. Всъщност се оказва, че една майка може сама да прилага добро лекарство чрез кърмене, особено ако се грижи специално за диетата си. Американско проучване установи, че кърменето намалява риска от детско затлъстяване, независимо от диетата на майката по време на бременност (Mayer-Davis et al, 2006). С други думи, майката има шанс да възстанови част от щетите, причинени от лоша диета, ако продължи да кърми детето си възможно най-дълго.

Има допълнителни епидемиологични доказателства, че диетата на майката е от значение за здравето на нейното потомство по време на кърмене (Godfrey & Barker, 2001). Това се подсилва от няколко експеримента с животински модели: например проучване в университета в Рио де Жанейро в Бразилия установи, че потомството на плъхове, хранени с диета, ограничена в протеини или енергия по време на лактация, отнема повече време, за да достигне пубертета (да Силва Фария и др., 2004).

Изглежда, че един от най-важните хранителни фактори, който може да предизвика затлъстяване в детска възраст, е нивото и съотношението между две критични мастни киселини: α-линоленова киселина и γ-линоленова киселина, заедно с техните производни с по-дълга верига. Теорията е, че детското затлъстяване се насърчава от майчината диета с високо съдържание на производни на а-линоленова киселина във веригата n-6 и ниско съдържание на производни на у-линоленова киселина във верига n-3, тъй като това води до възпалителен отговор в мастната тъкан, което от своя страна води до натрупване на мастни киселини в черния дроб и мускулите. Следователно детското затлъстяване може да бъде предотвратено чрез диета с високо съдържание на производни на у-линоленова киселина - като тези, които се съдържат в кърмата - дори когато майката все още има лоша диета (Todoric et al, 2006; Carpentier et al, 2006). Тези открития накараха някои учени по хранене, като Маниша Талим от болница Шушруша в Мумбай, Индия, да се застъпват за корекция на баланса между n-3 и n-6 мастни киселини в храните като неотложен глобален здравен приоритет (Talim, 2007).

Въпреки че епидемиологията доказва доказателства за индуцирани от диетата епигенетични ефекти върху самите хора, наблюдението и разбирането на основните епигенетични промени на молекулярно ниво изисква животински модели. Голяма част от това изследване досега е фокусирано върху въздействието на ограничаването на протеините по време на бременност; Lillycrop и колеги, например, съобщават, че това води до променена епигенетична регулация на чернодробния глюкокортикоиден рецептор при потомството на плъхове, което увеличава риска от диабет и други проблеми по-късно в живота (Lillycrop et al, 2007).

Животинските модели също разкриха, че тези индуцирани от диетата епигенетични промени не се ограничават до едно поколение, но могат да се разпръснат до потомци. Жените с повишена склонност към метаболитни проблеми по време на бременност могат да прехвърлят това на своето потомство. По-специално бозайниците са склонни към развитие на временен диабет по време на бременност в резултат на повишена резистентност към инсулин, причинена от хормонални промени. „Известно е, че потомството на майки, които развиват гестационен диабет с повишени нива на глюкоза в кръвта, от своя страна са по-податливи на метаболитни усложнения, включително самия гестационен диабет“, коментира Андреас Плагеман, ръководител на експериментално акушерство в университетската болница „Шарите“ в Берлин, Германия. „При индивиди от женски пол това води до гестационен диабет и следователно излагане на следващото поколение отново на вътрематочна хипергликемия и т.н.“, обясни той. „По този начин е възможно между поколение предаване на придобити условия през последователни поколения по майчина линия и това може дори да повлияе на еволюцията.“

Позоваването на Plagemann на еволюционната роля наистина е интересно, като се има предвид, че епигенетичните модификации не засягат пряко гените. Всъщност еволюционната обосновка за епигенетично наследство би могла да бъде средство за бързо адаптиране към краткосрочните промени в околната среда, без да се налага да се чака промяната на основните гени чрез мутация и селекция. Въпреки това, епигенетичните промени, които се пулсират през много поколения, могат да упражняват селективен натиск върху някои гени. В случай на гестационен диабет, например, това може да насърчи подбора на алели, които намаляват честотата на диабета по време на живота на индивида. Въпросът е, че в случай на персистиращ гестационен диабет, хората с подходящи алели биха имали селективно предимство, тъй като те биха били по-малко склонни да умират преди да достигнат репродуктивна възраст.

Животински модели също така разкриха, че тези индуцирани от диетата епигенетични промени не се ограничават до едно поколение, но могат да се разпръснат до потомци

Всъщност един от основните изводи беше, че гените, за които експресията наистина се различава в отговор на диетата, се различават значително от времето, когато шимпанзетата и хората споделят общ прародител. Логичното значение е, че гените, които са пряко засегнати от диетичните промени, са подложени на силен селективен натиск, което в крайна сметка води до решаващи морфологични и функционални промени. „Ролята на диетата в човешката еволюция все още е по-скоро спекулативна тема“, отбеляза Сомел и добави, че „[една] популярна хипотеза [хипотезата на скъпите тъкани] за това как преминаването към висококачествена диета е повлияла на нашата еволюция е че диетичната промяна позволява намален размер на червата и увеличен размер на мозъка “(Aiello & Wheeler, 1995).

Според една публикация, по-малък размер на червата, комбиниран с преминаване към висококалорична диета - което стана възможно чрез въвеждането на готвенето - позволи на мозъка да увеличи размера си, движейки човешката еволюция (Wrangham & Conklin-Brittain, 2003). Авторите твърдят, че диетата със сурова храна не може да бъде усвоена достатъчно бързо, за да се поддържат високите енергийни нужди на човешкия ловец-събирач, който е развил способността да бяга по-бързо и да пътува на много по-големи разстояния от другите големи маймуни. В същото време готвенето би позволило намаляване на размера на зъбите и челюстите, както и по-малко черва, като по този начин се създаде способността за разширяване на мозъка. Авторите отбелязват, че готвенето е било открито независимо от различни човешки популации достатъчно отдавна, за да се развият настоящите фенотипове.

Тези събития биха могли да бъдат опосредствани от епигенетични модификации на генната експресия, което позволи създаването на нови фенотипове, които от своя страна стимулират дългосрочни генетични промени. Следователно епигенетичното наследство може да се разглежда не просто като еволюционен „трети начин“, който допълва мутацията и естествения подбор, а всъщност като двигател на еволюцията, който създава дългосрочни генетични промени и по този начин може да има важна роля в дивергенцията на видовете.