"الشيء الرئيسي في الحياة هو الموت": مقابلة مع عالم الوراثة اللاجينية سيرجي كيسيليوف

2024 مؤلف: Malcolm Clapton | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 03:46

حول الفئران وإطالة العمر وتأثير البيئة على جينومنا ومستقبل البشرية.

سيرجي كيسيليف - دكتور في العلوم البيولوجية ، أستاذ ورئيس مختبر علم التخلق في معهد فافيلوف للوراثة العامة ، الأكاديمية الروسية للعلوم. تحدث في محاضراته العامة عن الجينات والخلايا الجذعية وآليات الوراثة اللاجينية والطب الحيوي في المستقبل.

تحدث Lifehacker إلى سيرجي واكتشف كيف تؤثر البيئة علينا وعلى جينومنا. وتعلمنا أيضًا ما هو العمر البيولوجي الذي تحدده لنا الطبيعة ، وما يعنيه هذا للبشرية وما إذا كان بإمكاننا عمل تنبؤات حول مستقبلنا بمساعدة علم التخلق.

حول علم التخلق وتأثيره علينا

ما هو علم الوراثة؟

كان علم الوراثة في الأصل هو زراعة البازلاء على يد جريجور مندل في القرن التاسع عشر. درس البذور وحاول أن يفهم كيف تؤثر الوراثة ، على سبيل المثال ، على لونها أو تجعدها.

علاوة على ذلك ، بدأ العلماء ليس فقط في النظر إلى هذه البازلاء من الخارج ، ولكن أيضًا تسلقوا الداخل. واتضح أن وراثة هذه السمة أو تلك ومظهرها مرتبط بنواة الخلية ، على وجه الخصوص ، بالكروموسومات. ثم بحثنا بشكل أعمق داخل الكروموسوم ، ورأينا أنه يحتوي على جزيء طويل من الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين - الحمض النووي.

ثم افترضنا (وثبتنا لاحقًا) أن جزيء الحمض النووي هو الذي يحمل المعلومات الجينية. ثم أدركوا أن الجينات مشفرة في جزيء الحمض النووي هذا على شكل نص معين ، وهي وحدات وراثية إعلامية. لقد تعلمنا مما يتكونون وكيف يمكنهم الترميز لبروتينات مختلفة.

ثم ولد هذا العلم. أي أن علم الوراثة هو وراثة سمات معينة في سلسلة من الأجيال.

- ما هو علم التخلق؟ وكيف توصلنا إلى استنتاج مفاده أن الجينات وحدها لا تكفي لفهم بنية الطبيعة؟

صعدنا داخل الخلية وأدركنا أن الجينات مرتبطة بجزيء DNA ، والذي يدخل ، كجزء من الكروموسومات ، في الخلايا المنقسمة ويتم توريثه. ولكن بعد كل شيء ، يظهر الشخص أيضًا من خلية واحدة فقط ، يوجد فيها 46 كروموسومًا.

تبدأ البيضة الملقحة في الانقسام ، وبعد تسعة أشهر ، يظهر شخص كامل فجأة ، حيث توجد نفس الكروموسومات. علاوة على ذلك ، فهي موجودة في كل خلية ، يوجد منها حوالي 10 في جسم شخص بالغ.¹⁴… وهذه الكروموسومات لها نفس الجينات التي كانت في الخلية الأصلية.

أي أن الخلية الأصلية - الزيجوت - كان لها مظهر معين ، وتمكنت من الانقسام إلى خليتين ، ثم فعلت ذلك عدة مرات ، ثم تغير مظهرها. البالغ هو كائن حي متعدد الخلايا يتكون من عدد كبير من الخلايا. يتم تنظيم هذه الأخيرة في المجتمعات التي نسميها الأقمشة. وهم بدورهم يشكلون أعضاء ، لكل منها مجموعة من الوظائف الفردية.

الخلايا في هذه المجتمعات مختلفة أيضًا وتؤدي مهامًا مختلفة. على سبيل المثال ، تختلف خلايا الدم اختلافًا جوهريًا عن خلايا الشعر أو الجلد أو الكبد. وهم ينقسمون باستمرار - على سبيل المثال ، بسبب تأثير البيئة العدوانية أو لأن الجسم ببساطة بحاجة إلى تجديد الأنسجة. على سبيل المثال ، في حياتنا بأكملها نفقد 300 كيلوغرام من البشرة - يتقشر جلدنا ببساطة.

وأثناء الإصلاح ، تستمر خلايا الأمعاء في كونها خلايا الأمعاء. وخلايا الجلد هي خلايا الجلد.

الخلايا التي تشكل بصيلات الشعر وتؤدي إلى نمو الشعر لا تصبح فجأة جرحًا نازفًا في الرأس. لا تستطيع الزنزانة أن تصاب بالجنون وتقول: "أنا الآن دماء".

لكن المعلومات الجينية الموجودة فيها لا تزال هي نفسها الموجودة في الخلية الأصلية - الزيجوت. أي أنها جميعها متطابقة وراثيًا ، لكنها تبدو مختلفة وتؤدي وظائف مختلفة.وهذا التنوع منها موروث أيضًا في كائن بالغ.

هذا النوع من الميراث ، فوق الجيني ، الذي هو فوق الجينات أو خارجه ، هو الذي أطلق عليه علم التخلق. البادئة "epi" تعني "خارج ، فوق ، المزيد".

كيف تبدو آليات الوراثة اللاجينية؟

هناك أنواع مختلفة من الآليات اللاجينية - سأتحدث عن نوعين رئيسيين. لكن هناك آخرين لا يقل أهمية.

الأول هو معيار وراثة تعبئة الكروموسوم أثناء انقسام الخلية.

يوفر إمكانية قراءة أجزاء معينة من نص وراثي يتكون من تسلسلات نيوكليوتيدات مشفرة بأربعة أحرف. وفي كل خلية يوجد خيط من الحمض النووي بطول مترين يتكون من هذه الأحرف. لكن المشكلة تكمن في صعوبة التعامل معها.

خذ خيطًا رفيعًا عاديًا بطول مترين ، مجعدًا إلى نوع من الهيكل. من غير المحتمل أن نعرف أين يقع الجزء الذي يوجد فيه. يمكنك حلها على النحو التالي: لف الخيط على مكبات ، وضعها فوق بعضها البعض في التجاويف. وبالتالي ، سيصبح هذا الخيط الطويل مضغوطًا ، وسنعرف تمامًا أي جزء منه موجود على أي بكرة.

هذا هو مبدأ تغليف النص الجيني في الكروموسومات.

وإذا احتجنا إلى الوصول إلى النص الجيني المطلوب ، فيمكننا فقط فك الملف قليلاً. الخيط نفسه لا يتغير. ولكنه ملفوف ويتم وضعه بطريقة تتيح لخلية متخصصة الوصول إلى معلومات وراثية معينة ، والتي تكون ، تقليديًا ، على سطح الملف.

إذا كانت الخلية تؤدي وظيفة الدم ، فسيكون وضع الخيط والملفات هو نفسه. وعلى سبيل المثال ، بالنسبة لخلايا الكبد ، التي تؤدي وظيفة مختلفة تمامًا ، سيتغير التصميم. وسيتم توريث كل هذا في عدد من انقسامات الخلايا.

آلية أخرى جينية مدروسة جيدًا والتي يتم الحديث عنها كثيرًا هي مثيلة الحمض النووي. كما قلت ، الحمض النووي عبارة عن تسلسل بوليمر طويل ، طوله حوالي مترين ، يتم فيه تكرار أربعة نيوكليوتيدات في توليفات مختلفة. ويحدد تسلسلهم المختلف الجين الذي يمكنه ترميز نوع من البروتين.

إنه جزء ذو مغزى من نص وراثي. ومن عمل عدد من الجينات ، تتشكل وظيفة الخلية. على سبيل المثال ، يمكنك أن تأخذ خيطًا صوفيًا - الكثير من الشعر يخرج منه. وفي هذه الأماكن توجد مجموعات الميثيل. لا تسمح مجموعة الميثيل البارزة للإنزيمات التخليقية أن تلتصق ، وهذا أيضًا يجعل منطقة الحمض النووي هذه أقل قابلية للقراءة.

لنأخذ عبارة "لا يمكنك أن ترحم لتنفيذ". لدينا ثلاث كلمات - وبناءً على ترتيب الفواصل بينهما ، سيتغير المعنى. الشيء نفسه ينطبق على النص الجيني ، فقط بدلاً من الكلمات - الجينات. وإحدى طرق فهم معناها هو لفها بطريقة معينة على ملف أو وضع مجموعات الميثيل في الأماكن الصحيحة. على سبيل المثال ، إذا كان "تنفيذ" داخل الملفات ، و "العفو" بالخارج ، فلن تكون الخلية قادرة إلا على استخدام معنى "ارحم".

وإذا تم لف الخيط بشكل مختلف وكانت كلمة "تنفيذ" في الأعلى ، فسيكون هناك تنفيذ. ستقرأ الخلية هذه المعلومات وتدمر نفسها.

الخلية لديها بالفعل برامج تدمير الذات ، وهي مهمة للغاية للحياة.

هناك أيضًا عدد من الآليات اللاجينية ، لكن معناها العام هو وضع علامات الترقيم من أجل القراءة الصحيحة للنص الجيني. أي أن تسلسل الحمض النووي ، النص الجيني نفسه ، يظل كما هو. لكن ستظهر تعديلات كيميائية إضافية في الحمض النووي ، والتي تخلق علامة نحوية دون تغيير النيوكليوتيدات. سيكون للأخير ببساطة مجموعة ميثيل مختلفة قليلاً ، والتي ، نتيجة للهندسة الناتجة ، ستلتصق بجانب الخيط.

ونتيجة لذلك ، تظهر علامة الترقيم: "لا يمكن إعدامك ، (نحن نتلعثم ، لأن هناك مجموعة ميثيل هنا) لنرحمك". لذلك ظهر معنى آخر لنفس النص الجيني.

الخلاصة هي هذا.الوراثة اللاجينية هي نوع من الوراثة لا علاقة لها بتسلسل النص الجيني.

بالحديث بخشونة ، هل الوراثة اللاجينية هي بنية فوقية فوق علم الوراثة؟

هذه ليست حقا بنية فوقية. علم الوراثة هو أساس متين ، لأن الحمض النووي للكائن الحي لم يتغير. لكن الخلية لا يمكن أن توجد مثل الحجر. يجب أن تتكيف الحياة مع بيئتها. لذلك ، فإن الوراثة اللاجينية هي واجهة بين شفرة جينية صلبة لا لبس فيها (الجينوم) والبيئة الخارجية.

إنه يمكّن الجينوم الموروث غير المتغير من التكيف مع البيئة الخارجية. علاوة على ذلك ، فإن الأخير ليس فقط ما يحيط بجسمنا ، ولكن أيضًا كل خلية مجاورة لخلية أخرى بداخلنا.

هل هناك مثال للتأثير اللاجيني في الطبيعة؟ كيف تبدو في الممارسة؟

هناك خط من الفئران - agouti. تتميز بلون معطف وردي ضارب إلى الحمرة شاحب. وأيضًا هذه الحيوانات غير سعيدة للغاية: منذ الولادة تبدأ في الإصابة بمرض السكري ، وتزداد مخاطر الإصابة بالسمنة ، وتطور أمراض الأورام مبكرًا ، ولا تعيش طويلاً. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عنصرًا وراثيًا معينًا قد تم دمجه في منطقة جين "agouti" وخلق مثل هذا النمط الظاهري.

وفي بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، قام العالم الأمريكي راندي جيرتل بإعداد تجربة مثيرة للاهتمام على هذا النوع من الفئران. بدأ في إطعامهم الأطعمة النباتية الغنية بمجموعات الميثيل ، أي حمض الفوليك وفيتامين ب.

ونتيجة لذلك ، فإن نسل الفئران التي تمت تربيتها على نظام غذائي غني بفيتامينات معينة ، تحول لونها إلى اللون الأبيض. وعاد وزنهم إلى طبيعته ، وتوقفوا عن المعاناة من مرض السكري وماتوا مبكرا بسبب السرطان.

وماذا كان شفائهم؟ حقيقة وجود فرط ميثيل الجين agouti ، مما أدى إلى ظهور نمط ظاهري سلبي في والديهم. اتضح أن هذا يمكن إصلاحه عن طريق تغيير البيئة الخارجية.

وإذا تم دعم النسل المستقبلي على نفس النظام الغذائي ، فسيظلون على حالهم الأبيض ، والسعادة والصحية.

كما قال راندي جيرتل ، هذا مثال على أن جيناتنا ليست مصيرًا ويمكننا بطريقة ما السيطرة عليها. لكن كم لا يزال سؤالًا كبيرًا. خاصة عندما يتعلق الأمر بشخص ما.

هل هناك أمثلة على مثل هذا التأثير اللاجيني للبيئة على البشر؟

من أشهر الأمثلة المجاعة في هولندا عام 1944-1945. كانت هذه الأيام الأخيرة للاحتلال الفاشي. ثم قطعت ألمانيا جميع طرق توصيل الطعام لمدة شهر ، وتوفي عشرات الآلاف من الهولنديين من الجوع. لكن الحياة استمرت - كان بعض الناس لا يزالون يتصورون خلال تلك الفترة.

وجميعهم يعانون من السمنة ويميلون إلى السمنة والسكري وانخفاض متوسط العمر المتوقع. كان لديهم تعديلات جينية متشابهة جدًا. أي أن عمل جيناتهم قد تأثر بالظروف الخارجية ، أي أن الجوع قصير الأمد عند الوالدين.

ما هي العوامل الخارجية الأخرى التي يمكن أن تؤثر على الإبيجينوم لدينا بهذه الطريقة؟

نعم ، كل شيء يؤثر: قطعة خبز تؤكل أو شريحة برتقال وسيجارة مدخنة ونبيذ. كيف تعمل هي مسألة أخرى.

الأمر بسيط مع الفئران. خاصة عندما تكون طفراتهم معروفة. الناس أكثر صعوبة في الدراسة ، وبيانات البحث أقل موثوقية. لكن لا تزال هناك بعض دراسات الارتباط.

على سبيل المثال ، كانت هناك دراسة فحصت مثيلة الحمض النووي في 40 من أحفاد ضحايا الهولوكوست. وقد حدد العلماء في شفرتهم الجينية مناطق مختلفة مرتبطة بالجينات المسؤولة عن الظروف المجهدة.

لكن مرة أخرى ، هذا ارتباط على عينة صغيرة جدًا ، وليس تجربة مضبوطة ، حيث فعلنا شيئًا وحصلنا على نتائج معينة. ومع ذلك ، فإنه يظهر مرة أخرى: كل ما يحدث لنا يؤثر علينا.

وإذا كنت تهتم بنفسك ، خاصة عندما تكون صغيرًا ، يمكنك تقليل الآثار السلبية للبيئة الخارجية.

عندما يبدأ الجسم في التلاشي ، يصبح الأمر أسوأ.على الرغم من وجود منشور واحد يقول إنه ممكن ، وفي هذه الحالة ، يمكننا فعل شيء حيال ذلك.

هل سيؤثر التغيير في نمط حياة الإنسان عليه وعلى نسله؟

نعم ، وهناك الكثير من الأدلة على ذلك. هذا كل منا. حقيقة وجود سبعة مليارات منا دليل على ذلك. على سبيل المثال ، زاد متوسط العمر المتوقع للإنسان وأعداده بنسبة 50٪ خلال الأربعين عامًا الماضية بسبب حقيقة أن الغذاء أصبح في متناول الجميع بشكل عام. هذه عوامل جينية.

ذكرت في وقت سابق النتائج السلبية للمحرقة والمجاعة في هولندا. وما الذي له تأثير إيجابي على الإبيجينوم؟ النصيحة القياسية هي موازنة نظامك الغذائي ، والإقلاع عن الكحول ، وما إلى ذلك؟ أم هل ثمة شيء آخر؟

لا اعرف. ماذا يعني عدم التوازن الغذائي؟ من جاء بنظام غذائي متوازن؟ ما يلعب حاليًا دورًا سلبيًا في علم التخلق هو التغذية الزائدة. نحن نأكل و سمينون. في هذه الحالة ، نرمي 50٪ من الطعام في سلة المهملات. وهذه مشكلة كبيرة. والتوازن الغذائي هو سمة تجارية بحتة. هذه بطة تجارية.

تمديد الحياة والعلاج ومستقبل البشرية

هل يمكننا استخدام علم التخلق للتنبؤ بمستقبل الشخص؟

لا يمكننا الحديث عن المستقبل ، لأننا لا نعرف الحاضر أيضًا. والتنبؤ هو نفس التخمين على الماء. ولا حتى على القهوة المطحونة.

لكل فرد علم التخلق الخاص به. لكن إذا تحدثنا ، على سبيل المثال ، عن متوسط العمر المتوقع ، فهناك أنماط عامة. أؤكد - لهذا اليوم. لأننا في البداية اعتقدنا أن السمات الوراثية مدفونة في البازلاء ، ثم في الكروموسومات ، وفي النهاية - في الحمض النووي. اتضح أنه بعد كل شيء ، ليس في الحمض النووي ، بل في الكروموسومات. والآن بدأنا نقول أنه على مستوى الكائن متعدد الخلايا ، مع مراعاة علم التخلق ، فإن العلامات مدفونة بالفعل في البازلاء.

يتم تحديث المعرفة باستمرار.

يوجد اليوم ما يسمى بالساعة اللاجينية. أي أننا قمنا بحساب متوسط العمر البيولوجي للشخص. لكنهم فعلوا ذلك من أجلنا اليوم ، متبعين نموذج الناس المعاصرين.

إذا أخذنا شخص الأمس - الشخص الذي عاش قبل 100-200 سنة - بالنسبة له ، قد تكون هذه الساعة اللاجينية مختلفة تمامًا. لكننا لا نعرف أي نوع ، لأن هؤلاء الناس لم يعودوا موجودين. لذلك هذا ليس شيئًا عالميًا ، وبمساعدة هذه الساعة لا يمكننا حساب الشكل الذي سيكون عليه شخص المستقبل.

هذه الأشياء التنبؤية مثيرة للاهتمام ومسلية وبالطبع ضرورية ، لأنها تقدم اليوم أداة في متناول اليد - رافعة ، كما هو الحال في أرخميدس. لكن لا يوجد نقطة ارتكاز حتى الآن. والآن نحن نقطع اليسار واليمين برافعة ، في محاولة لفهم ما يمكن تعلمه من كل هذا.

ما هو متوسط العمر المتوقع للإنسان حسب مثيلة الحمض النووي؟ وماذا يعني هذا بالنسبة لنا؟

بالنسبة لنا ، هذا يعني فقط أن الحد الأقصى للعمر البيولوجي الذي أعطتنا إياه الطبيعة اليوم هو حوالي 40 عامًا. والعمر الحقيقي ، المنتج للطبيعة ، هو أقل من ذلك. لماذا هذا؟ لأن أهم شيء في الحياة هو الموت. إذا لم يقم الكائن الحي بتحرير المساحة والأراضي ومنطقة الطعام لمتغير وراثي جديد ، فإن هذا سيؤدي عاجلاً أم آجلاً إلى انحطاط النوع.

ونحن ، المجتمع ، نغزو هذه الآليات الطبيعية.

وبعد أن تلقينا مثل هذه البيانات الآن ، سنكون قادرين على إجراء دراسة جديدة في غضون جيلين. وسنرى بالتأكيد أن عمرنا البيولوجي سينمو من 40 إلى 50 أو حتى 60. لأننا أنفسنا نخلق ظروفًا جينية جديدة - كما فعل راندي جيرتل مع الفئران. الفراء لدينا يبيض.

لكن ما زلت بحاجة إلى فهم أن هناك قيودًا فسيولوجية بحتة. تمتلئ زنازيننا بالقمامة. وأثناء الحياة ، لا تتراكم التغيرات اللاجينية فحسب ، بل الجينية أيضًا في الجينوم ، مما يؤدي إلى ظهور الأمراض مع تقدم العمر.

لذلك ، فقد حان الوقت لإدخال معلمة مهمة مثل متوسط طول الحياة الصحية. لأن غير الصحية يمكن أن تكون طويلة.بالنسبة للبعض ، يبدأ مبكرًا جدًا ، ولكن بالنسبة للعقاقير ، يمكن أن يعيش هؤلاء الأشخاص حتى 80 عامًا.

يعيش بعض المدخنين 100 عام ، ويمكن أن يموت الأشخاص الذين يعيشون حياة صحية في سن الثلاثين أو يصابون بمرض خطير. هل هذا مجرد يانصيب أم هو كل شيء عن علم الوراثة أو علم التخلق؟

ربما سمعت النكتة القائلة بأن السكارى محظوظون دائمًا. يمكن أن تسقط حتى من الطابق العشرين ولا تنكسر. بالطبع ، يمكن أن يكون هذا. لكننا نتعلم عن هذه الحالة فقط من أولئك السكارى الذين نجوا. معظمهم يتصادمون. هكذا الحال مع التدخين.

في الواقع ، هناك أشخاص أكثر عرضة ، على سبيل المثال ، لمرض السكري بسبب استهلاك السكر. صديقتي معلمة منذ 90 عامًا ، وتأكل السكر بالملاعق ، وتحاليل دمها طبيعية. لكنني قررت التخلي عن الحلويات ، لأن نسبة السكر في دمي بدأت في الارتفاع.

يختلف كل فرد عن الآخر. هذا هو ما نحتاجه من أجل علم الوراثة - أساس متين يدوم طوال الحياة في شكل DNA. وعلم التخلق ، الذي يمكّن هذا الأساس الجيني المباشر للغاية من التكيف مع بيئته.

بالنسبة للبعض ، فإن هذا الأساس الجيني يكون مبرمجًا في البداية ليكونوا أكثر حساسية تجاه شيء ما. البعض الآخر أكثر استقرارًا. من الممكن أن يكون لعلم التخلق علاقة بهذا.

هل يمكن أن تساعدنا الوراثة اللاجينية في صنع الأدوية؟ على سبيل المثال ، من الاكتئاب أو إدمان الكحول؟

أنا لا أفهم حقًا كيف. كان هناك حدث أثر على مئات الآلاف من الناس. لقد أخذوا عشرات الآلاف من الأشخاص ، وحللوا ووجدوا أنه بعد ذلك ، مع بعض الاحتمالات الرياضية ، لديهم شيء ، شيء ليس لديهم.

إنها مجرد إحصائيات. أبحاث اليوم ليست بالأبيض والأسود.

نعم ، نجد أشياء مثيرة للاهتمام. على سبيل المثال ، لدينا مجموعات ميثيل مرتفعة منتشرة في جميع أنحاء الجينوم. وماذا في ذلك؟ بعد كل شيء ، نحن لا نتحدث عن الفأر ، الجين الإشكالي الوحيد الذي نعرفه مسبقًا.

لذلك ، لا يمكننا اليوم الحديث عن إنشاء أداة للتأثير المستهدف على علم التخلق. لأنه أكثر تنوعًا من علم الوراثة. ومع ذلك ، للتأثير على العمليات المرضية ، على سبيل المثال ، عمليات الورم ، يتم حاليًا التحقيق في عدد من الأدوية العلاجية التي تؤثر على علم التخلق.

هل هناك أي إنجازات جينية يتم استخدامها بالفعل في الممارسة؟

يمكننا أن نأخذ خلايا جسمك ، مثل الجلد أو الدم ، ونصنع منها خلية زيجوت. ومنه تحصل على نفسك. ثم هناك استنساخ الحيوانات - بعد كل شيء ، هذا تغيير في علم التخلق مع علم الوراثة غير المتغير.

ما هي النصيحة التي يمكنك أن تعطيها لقراء Lifehacker كعالم جيني؟

عش من أجل سعادتك. أنت فقط تحب أن تأكل الخضروات - تأكلها فقط. إذا كنت تريد اللحوم ، فتناولها. الشيء الرئيسي هو أنه يهدئ ويعطيك الأمل في أنك تفعل كل شيء بشكل صحيح. أنت بحاجة للعيش في وئام مع نفسك. هذا يعني أنك بحاجة إلى أن يكون لديك عالم جيني فردي خاص بك وأن تتحكم فيه جيدًا.