Представете се накратко и споделете как се роди идеята за този проект.
Казвам се Стефан Димитров и съм професор към Института по молекулярна биология при БАН. Също така съм почетен професор към Националния център за научни изследвания (CNRS — еквивалента на БАН) във Франция. Работил съм в различни страни в Европа и Северна Америка и съм получавал престижни международни награди. Чуждестранен член съм на Българската академия на науките и на Индийската академия на науките, както и почетен член на Турската академия на науките.
Основната част от кариерата ми е посветена на фундаментални епигенетични проблеми. Преди повече от 12 години, при едно мое посещение в болница за редки заболявания, видях болните деца и си дадох сметка колко тежки са тези болести и колко много страдат те. Разбрах също, че чрез методите на съвременната биология ние, учените, можем да бъдем от голяма помощ. Оттогава основните ми интереси се съсредоточават върху изясняването на произхода и развитието на редките болести, което е и основният фокус на проекта ERA Chair AEGIS-IMB. Нашата цел е да разберем механизмите на болестта и, знаейки това, да търсим подходящи средства за подпомагане на пациентите.
Ако ДНК е текстът на книга, какво е епигенетиката? Можете ли да я обясните с една аналогия, която бихте използвали пред хора без биологично образование?
Ако ДНК е текстът на една книга, то епигенетиката са бележките в полето, подчертаванията, маркерът и разделителите за страници, които променят начина, по който четете тази книга, без да променят нито една дума в нея.
Текстът (ДНК): Това е оригиналната история, отпечатана в книгата. Думите и изреченията са фиксирани — това е генетичният код, който се наследява от родителите и не се променя през целия ни живот.
Епигенетиката (Маркировките): Представете си, че сте взели ярък маркер и сте подчертали някои абзаци, за да ги четете по-често, а други страници сте ги затворили с кламер, така че изобщо да не се отварят. Текстът в книгата си е абсолютно същият, но вие четете и използвате само определени части от него.
В нашето тяло тези „бележки и кламери“ определят кои гени да бъдат включени (прочетени) и кои — изключени (скрити).
ДНК в една наша клетка е дълга около 2 метра, а се побира в ядро, невидимо с просто око. Как се „опакова“ и защо точно това опаковане е толкова важно за здравето ни?
ДНК е опакована в клетъчното ядро благодарение на взаимодействието си със специфични протеини, наречени хистони. Така образуваната структура се нарича хроматин. Хроматинът има повтаряща се структура, чиято основна единица е нуклеозомата — тя представлява фрагмент от ДНК, плътно обвит около хистони. В едно-единствено човешко ядро има около 30 милиона нуклеозоми. Те са свързани помежду си и образуват нишка, която чрез взаимодействие с други протеини се огъва и формира още по-сложни, висши хроматинови структури.
Структурата на хроматина е изключително важна, тъй като тя позволява правилното четене на генетичната информация. В ДНК са записани инструкциите за целия организъм и за всички наши органи. Но за да функционира даден орган правилно, е необходимо да се чете само определена информация. Така например, всички клетки в тялото (кожни, сърдечни, мозъчни) имат абсолютно една и съща книга (ДНК). Но кожната клетка чете само страниците, маркирани за „кожа“, а сърдечната — тези за „сърце“. Тази селективност е абсолютно необходима и се осигурява именно от хроматиновата структура. Когато тя бъде нарушена, това неминуемо води до тежки заболявания.
Могат ли храната, стресът, сънят или тютюнопушенето наистина да променят епигенетичните белези? Какво е доказано и къде популярните статии преувеличават?
Да, начинът на живот наистина променя епигенетичните белези, но научната реалност е много по-нюансирана от гръмките заглавия в медиите.
Какво е категорично доказано от науката?
Начинът ни на живот добавя или премахва химически „етикети“ (като метилни групи) върху нашата ДНК. Тези белези действат като превключватели за гените ни.
Тютюнопушене: Това е факторът с най-бързо и силно доказано епигенетично влияние. То променя метилирането на стотици гени. Съществено е да подчертая, че тютюнопушенето води до мутации в протеина p53, който е „пазителят“ на генома. Клетките, в които p53 става нефункционален в резултат на мутацията, се израждат в ракови. Тютюнопушенето е основна причина за рак на белите дробове — над 90% от болните са пушачи. При спиране на цигарите много от епигенетичните белези се възстановяват с годините, но някои увреждания остават десетилетия наред.
Храна и диета: Храната осигурява градивния материал за епигенетичните маркери. Храни, богати на фолиева киселина, витамин B12 и холин (яйца, зеленолистни зеленчуци), дават молекулите, нужни за правилното маркиране. Недостигът им може да остави важни гени погрешно отворени.
Хроничен стрес: Продължителният стрес и травмите променят епигенетично гените, които контролират кортизола (хормона на стреса), правейки ни по-податливи на тревожност и депресия.
Сънят: Дори само една нощ на пълно безсъние променя епигенетичния профил на гените, регулиращи метаболизма ни и биологичния ни часовник (циркадните ритми).
Къде популярните статии преувеличават?
Медиите често превръщат епигенетиката в „магическо хапче“ чрез три мита:
- Митът за пълния контрол: Твърдението, че с диета можете да изключите всеки „лош“ ген, е невярно. Ако имате тежка генетична мутация, никакъв спанак или медитация не могат да я заглушат. ДНК все още държи основната власт.
- Митът за бързата промяна: Един здравословен ден няма да пренапише биологията ви. Епигенетичните белези изискват системност и дългосрочни навици.
- Преувеличаването на „наследствения страх“: Журналистите плашат, че греховете ни ще се предадат на поколения напред. При зачеване човешкото тяло преминава през дълбоко „пренастройване“ (epigenetic reprogramming), което изтрива по-голямата част от епигенетичните белези, за да започне новият живот начисто.
Предават ли се тези промени на децата и внуците ни? Какво знаем за хората и какво само за мишки и растения?
Въпросът за трансгенерационното епигенетично наследяване е една от най-горещите и оспорвани теми в съвременната биология. Краткият отговор е: при растенията и в известна степен при мишките това е доказано, но при хората доказателствата са ограничени, косвени и силно дебатирани.
При растенията: Ако едно растение е изложено на суша, то променя епигенетичните си маркери и ги предава директно на семената си, правейки следващите поколения по-устойчиви.
При мишките: Лабораторно е доказано, че стресът или диетата на мъжките мишки могат да оставят белези в сперматозоидите им и да повлияят на поведението и метаболизма на децата и внуците им.
При хората: Разполагаме само с индиректни исторически наблюдения (епидемиологични проучвания), като известната Холандска гладна зима (1944-1945). Децата и внуците на гладувалите майки показват сходни метаболитни промени (затлъстяване и диабет), но е изключително трудно да се докаже дали това е чисто биологично унаследяване или е резултат от споделената семейна среда и навици.
Кои заболявания днес свързваме с епигенетиката?
Редица сериозни заболявания днес се свързват с епигенетични алтерации (промени). Сред тях са:
- Онкологични заболявания (рак): Грешно заглушаване на защитните гени (тумор-супресори).
- Метаболитни заболявания: Диабет тип 2 и сърдечно-съдови проблеми.
- Психиатрични и неврологични разстройства: Депресия, тревожност и болест на Алцхаймер (поради отслабване на епигенетичния контрол с възрастта).
- Автоимунни заболявания: Лупус и ревматоиден артрит.
- Редки вродени синдроми: Синдроми на Прадер-Вили и Ангелман, породени от нарушен геномен импринтинг.
Върху кои от тях работи Вашият екип и защо избрахте именно тях за вашето изследване?
Нашите изследвания са фокусирани върху група изключително тежки и опасни редки заболявания, включително синдрома на Раман (Rahman syndrome), синдрома на Рет (Rett syndrome) и синдрома на Флоутинг-Харбър (Floating-Harbor syndrome). Общото между тях е, че всички те са пряко свързани с алтерации (промени) в структурата на хроматина и мутации в ключови епигенетични фактори.
Мотивацията ни да изберем точно тези състояния се корени в нашия дългогодишен опит. Ние от години изследваме фундаменталните функции на същите тези епигенетични фактори в нормални условия. Натрупаното знание ни дава уникално предимство да разберем в детайли как точно се нарушава тяхната функция при патологични състояния и да търсим начини за нейното коригиране.
В допълнение към редките болести, през последните няколко години насочихме сериозен интерес и към епигенетичните алтерации, свързани с хроничните възпалителни заболявания на червата, и по-специално болестта на Крон и язвения колит. Вярваме, че разбирането на епигенетичните механизми зад тези заболявания ще отвори нови хоризонти за диагностика и персонализирана терапия в помощ на пациентите.
