Кое увеличава риска от заболявания?

Повечето заболявания често се свързват с наследствеността и генетичната предразположеност. Много хора вярват, че техният генетичен код е съдбовно предопределен и че болести като диабет, рак или сърдечно-съдови заболявания са неизбежни, ако съществуват в семейната история или обратното, ако ги нямаме във фамилията си, сме застраховани от тях. Нови изследвания в областта на епигенетиката обаче показват, че гените сами по себе си не определят здравето ни или поне в най-висока степен. Епигенетиката разкрива, че външни фактори като начина на живот, храненето и стреса могат да променят генната активност. Това означава, че дори и човек да има генетична предразположеност към определени заболявания, епигенетичните промени могат да намалят или увеличат риска от тяхното проявление. По тази причина епигенетиката се превръща в ключов фактор, който може значително да повлияе на нашето здраве, променяйки начина, по който се използва генетичната информация.

Какво представлява епигенетиката и какви са механизмите й на влияние?

Епигенетиката е наука, която изучава как фактори на околната среда и начина на живот могат да променят активността на гените, без да променят самата ДНК. Тези промени контролират кога и как се активират гените, което може да повлияе на здравето и болестите. Основните механизми, чрез които това се случва, включват ДНК метилиране, хистонови модификации и некодиращи РНК.

Няма да навлизам подробно в тази специфична област на познание, защото е твърде сложна за неподготвения читател, но за да се добие обща идея за въпросните механизми, можем да си представим, че ДНК е като книга с инструкции, а епигенетичните процеси са като маркери, които подчертават кои части от тази книга трябва да бъдат прочетени (активирани) и кои да бъдат игнорирани (изключени). Тези промени не модифицират самото ДНК, а контролират как тялото използва информацията от него.

Споменатите епигенетични механизми могат да се опишат също с помощта на метафори, които улесняват разбирането им: ДНК метилирането е като добавяне на малък "знак стоп" върху ДНК, който казва на клетките да не активират определени гени. Това е полезно за регулиране на гените по време на развитието, но понякога такива "знаци" се появяват на грешни места и "изключват" важни гени - например, при някои форми на рак, гени, които контролират растежа на клетките, могат да бъдат "изключени", което води до неконтролируемо делене. Хистоните при хистоновите модификации, около които е "опакована" ДНК, могат да се представят като макари, около които е навита нишка. Когато нишката е плътно навита, гените не могат да бъдат прочетени; когато е разплетена, гените са активни. Некодиращите РНК (ncRNA) са като малки "пазачи", които регулират гените, като определят кои от тях трябва да бъдат активни и кои - не.

Кои фактори на околната среда влияят на епигенетиката?

Факторите на околната среда оказват значително влияние върху епигенетичните процеси, които регулират нашето здраве. Това означава, че нашите ежедневни навици и начин на живот могат да играят решаваща роля в активирането или потискането на определени гени, което може да увеличи или намали риска от различни заболявания.

Хранителни навици

Храната, която консумираме, може да има значително влияние върху генната експресия чрез епигенетични механизми като ДНК метилиране и хистонови модификации. Например, определени хранителни вещества като фолиева киселина, витамин B12, метионин (намира се в месата, бобовите култури и семената) и полифеноли (богати на тях са плодовете, зеленчуците, някои билки и подправки и др.) могат да регулират процесите на метилиране. Фолиевата киселина, например, играе важна роля в метилирането на ДНК, което може да помогне за защитата на клетките от туморни промени. Изследвания показват, че бедната на фолати диета е свързана с повишен риск от рак, докато адекватният прием на хранителни вещества може да поддържа нормалното функциониране на клетките. Такава диета е богатата на преработени храни, нисковъглехидратната и кетогенната, в която отсъства и богато разнообразие на плодове и зеленчуци. При изследвания върху бременни мишки, хранени с диета, бедна на метилиращи агенти като фолиева киселина, е установено, че потомството показва различия в цвета на козината и е по-предразположено към затлъстяване и диабет. Това показва, че епигенетичните промени, предизвикани от храната, могат да се предават на следващото поколение.

Замърсяване на околната среда

Замърсяването на въздуха, тежките метали и химичните вещества също могат да предизвикат епигенетични промени, които влияят на здравето. Например, излагането на токсини като кадмий, живак и олово е свързано с промени в метилирането на ДНК и промени в генната експресия, които могат да повишат риска от различни заболявания, включително рак, неврологични разстройства и сърдечно-съдови проблеми.

Изследване върху работници, изложени на високи нива на замърсяване с кадмий, показва, че този тежък метал води до хипометилиране на тумор-супресорните гени, което ги прави неактивни и увеличава риска от развитие на рак.

Кадмий е токсичен тежък метал, който се среща както в околната среда, така и в различни индустриални продукти и процеси. Едни от основните източници на кадмий са: тютюнев дим, замърсена почва и храна поради използването на торове и замърсяването от индустриални дейности. Растения като зърнени култури, ориз, спанак и картофи могат да абсорбират кадмий от почвата, което води до неговото навлизане в хранителната верига. Кадмий може да навлезе в водните източници чрез индустриално замърсяване и неправилно съхранение на отпадъци, а и той се използва в различни индустрии, включително производството на батерии (никел-кадмиеви батерии), пигменти, пластмаси и металургията.

Излагането на кадмий може да доведе до сериозни здравословни проблеми, включително увреждане на бъбреците, белите дробове и костната система. Поради токсичността му, в много страни се прилагат строги регулации за ограничаване на излагането на кадмий.

Стрес

Стресът е мощен епигенетичен фактор, който може да повлияе на генната експресия чрез хормонални и неврологични пътища. Хроничният стрес, например, е свързан с промени в активността на гените, които регулират имунната система и възпалителните процеси. Изследвания показват, че стресът може да предизвика хипометилиране на определени гени, свързани с психични разстройства, като депресия и посттравматично стресово разстройство.

Начин на живот

Фактори като физическата активност, употребата на алкохол и тютюнопушенето също могат да предизвикат епигенетични промени. Тютюнопушенето е свързано с хипометилиране на гени, което увеличава риска от рак на белия дроб и други заболявания. От друга страна, физическата активност има обратен ефект, като може да доведе до положителни епигенетични промени, свързани с метаболизма и имунната функция. Редовната физическа активност повишава генната експресия на ензими, свързани с антиоксидантната защита, което помага на организма да се справи със стреса и възпалителните процеси.

Епигенетика и хронични заболявания

Голяма част от епигенетичните промени, които споменавам, без претенции за изчерпателност, имат ключова роля в развитието на много хронични заболявания като рак, диабет тип 2, сърдечносъдови заболявания и невродегенеративни болести (като Алцхаймер и Паркинсон}.

При рака, "изключването" на тумор-супресорни гени чрез епигенетични промени води до неконтролируемо делене на клетките. Дори тези епигенетичните изменения в ранните стадии на рак могат да бъдат предиктори за развитието на заболяването. Например, генът p16, който контролира клетъчния цикъл, често се изключва чрез метилиране в много форми на рак.

При диабет тип 2, промени в гените, отговорни за метаболизма на глюкозата, могат да доведат до инсулинова резистентност. Фактори като затлъстяване и неправилно хранене също могат да доведат до епигенетични промени, които отключват заболяването.

При сърдечносъдовите заболявания епигенетиката играе роля в контрола на възпалителните процеси, съдовия тонус и липидния метаболизъм. Например, хистоновите модификации и некодиращите РНК участват в регулирането на възпалителните гени, което може да повиши риска от атеросклероза. Промени в метилирането на ДНК в ключови гени за кръвоносните съдове също са свързани с хипертония.

При вевродегенеративните болести епигенетичните промени могат да повлияят на гени, отговорни за нервната регенерация и протеиновия баланс в мозъка. Това е особено валидно при болести като Алцхаймер и Паркинсон. Промените в експресията на гените, свързани с нервната система могат да доведат до натрупване на протеинови агрегати и клетъчна смърт. Например, епигенетични промени в гена, който кодира бета-амилоид (основният компонент на плаките при Алцхаймер), са наблюдавани при пациенти с това заболяване.

Превенция и нови терапевтични решения

Превенцията на благоприятни епигенетични фактори са широко известни и логични - намаляване на нивата на стрес, повишаване на физическата активност, здравословно и балансирано хранене, пълноценен сън, намалено излагане на външни замърсители на въздуха, ограничаване на тютюнопушенето, включително пасивното такова.

В терапевтичен план през последните години се разработват нови терапии, които целенасочено променят епигенетичните маркери, за да възстановят нормалната генна експресия. Епигенетичните терапии имат потенциала да бъдат особено ефективни при лечението на хронични заболявания и такива вече има в употреба при определени заболявания. Например, ДНК метилазните инхибитори, които действат чрез потискане на ензимите, които добавят метилови групи към ДНК. Такова лекарство се използва при лечението на някои форми на левкемия. При някои видови лимфом се използва друго лекарствено средство, което е хистон деацетилазен инхибитор, който пречи да се отстранят ацетилови групи от хистоните и така поддържа гените активни. В момента се провеждат и множество клинични изпитания върху нови терапии за рак, които комбинират стандартна химиотерапия с епигенетични лекарства, за да подобрят резултатите при пациентите.

Епигенетичните терапии са обещаваща нова област в медицината, която може да предложи персонализирани подходи за лечение на заболявания, основани на специфичните епигенетични профили на пациентите.