Aké informačné dedičstvo zanechávajú rodičia svojim ratolestiam? A ako by poznatky z takzvanej epigenetiky mohli pomôcť s invazívnymi druhmi či zhoršujúcimi sa dopadmi klimatickej zmeny?
Keď sa americká občianska vojna v roku 1864 pomaly chýlila ku koncu, boli podmienky v zajateckých táboroch južanskej Konfederácie otrasné. Cely boli preplnené a nehygienické a väzni z radov unionistickej severnej armády museli každý deň prežiť len s trochou kukurice.
Veľa ich zomrelo na vyčerpanie hnačkou a skorbutom. Niet divu, že tí, ktorí sa odtiaľ nakoniec dostali, sa po vojne vrátili domov s podlomeným zdravím, traumami a pochmúrnu vyhliadkou na ďalšiu existenciu v povojnovej spoločnosti.
Čítajte aj Záhada postcovidového syndrómu vyriešená: COVID-19 mení ľudské gény
Prekvapujúce je ale fakt, ktorý opísala štúdia uverejnená v roku 2018 v americkom vedeckom časopise PNAS. S chatrným zdravím a kratšou dĺžkou života sa museli potýkať aj potomkovia vojakov, ktorí už väzenie nezažili. Konkrétne išlo o prenos v mužskej línii rodu, teda z otca na syna. Dcéry poznačené neboli.
Výskumníci porovnali život dvoch skupín synov vojakov z občianskej vojny. V prvom prípade išlo o vojakov, ktorí si niesli skúsenosť z internačných táborov, zatiaľ čo druhí síce vo vojne boli, ale do tábora sa nedostali. Synovia väzňov sa dožívali nižšieho veku kvôli častejšej rakovine alebo mozgovým mŕtviciam.
Americkí vedci sa uistili, že v odlišnom sociálnom statuse, rozdielnych povolaniach alebo ďalších negenetických faktoroch príčina nebola. Našli ju v takzvaných epigenetických procesoch, ktoré ovplyvňujú prejav ľudských génov. Niektoré sa zapínajú alebo vypínajú v závislosti od životných podmienok. Prenos v línii otec-syn podľa bádateľov zrejme spôsobila zmena v chromozóme Y.
Silnejšie korene
Počet prác, ktoré dokladajú, že veľká trauma sa môže prepísať do životov ďalších generácií, stúpa. A nehovoríme len o potomkoch ľudí, ale napodiv aj rastlín. Poznatky potvrdzuje aj medzinárodný výskum, na ktorom sa podieľali vedci z Botanického ústavu AV ČR.
V sérii štyroch na seba nadväzujúcich experimentoch skúmali geneticky totožné púpavy druhu Taraxacum brevicorniculatum. Časť z nich mala k rastu dostatok priestoru, druhú časť výskumníci zasiali husto vedľa seba.
Čítajte aj Vedci varujú: Nepravidelný pracovný čas môže škodiť zdraviu
Práve jedince rastúce v stiesnenom prostredí vyprodukovali zdatnejších potomkov, ktorí v dospelosti boli v priemere o štyri centimetre vyšší. Vyvinuli sa im dlhšie listy, ktoré fungujú ako prevencia proti tieneniu, a v koreni mali o tridsať percent viac živín. Počiatočná fáza rastu je dôležitá. Keď má rastlina možnosť v tomto období rýchlejšie rásť, znamená to pre ňu výhodu. „Potomkovia jedincov, ktorí zažili všetkého dostatok, boli naopak lenivejší,“ hovorí Vít Latzel z Botanického ústavu AV ČR.
Odolnejším púpavám sa ich výhoda uložila do medzigeneračnej pamäte, ktorá funguje na epigenetickej princípe. V skratke ide o to, že totožná DNA sa u rôznych jedincov prejavuje inak. Dochádza k zmenám v expresii genetickej informácie zakódovanej v bunkách a tieto zmeny sa potom môžu dediť.
Pri prvom experimente sa ukázalo, že keď sa rastlinám epigenetická pamäť odstráni, ich potomkovia rastú úplne rovnako, ako keby rodičia súperenie o životný priestor nezažili. K vymazaniu pamäte vedci použili roztok chemickej látky nazývanej 5-azacytidin, ktorou rastlinám postriekali listy. Látka sa vstrebala a doputovala až ku genetickej informácii pokusnej púpavy. Jej vplyvom sa pozmenila chemická stavba pamäte (odstránila sa metylová skupina, ktorá zabezpečuje funkciu epigenetickej pamäte).
Nie je stres ako stres
Rastliny sa počas svojich životov musia vysporiadavať s najrôznejšími, často stresujúcimi podmienkami. Stres pôsobí negatívne nielen na ľudí, ale aj na rastliny, ktoré potom napríklad horšie rastú. Napriek tomu vyššie popísané porovnanie epigenetickej pamäte ľudí a rastlín, založené na strádaní, vychádza odlišne. Samozrejme, ide o geneticky odlišné organizmy, ale napriek tomu – ako je možné, že potomkovia vojnových zajatcov mali nalomenejšie zdravie, zatiaľ čo natlačené púpavy naopak, plodili odolnejších pokračovateľov?
Čítajte aj Vedci vypočítali, koľko bubliniek je v krígli piva
Možno záleží na miere stresu. Niekoľko rokov pred výskumom na púpavách Vít Latzel s kolegami experimentovali na ďateline plazivej (Trifolium repens). Nechali ju rásť istý čas v pokoji, a potom ju náhle vysušili, až takmer uhynula. Následne ju zavlažili. Potom opäť vysušili. Tak pokračovali niekoľko mesiacov. A potomkovia ťažko skúšanej ďateliny sa prispôsobili skutočnosti, že aj keď sa darí, môže zrazu prísť pohroma.
Adaptácia sa prejavila v ich koreňoch, ktoré sa predĺžili, aby boli pripravené na obdobie sucha. Rástli tiež opatrnejšie, ako by čakali katastrofu. „Aj keď sme ich presadili do prostredia s dostatkom vlahy, odmietali rast,“ hovorí Vít Latzel. Naopak potomkovia rovnako ťažko trýznenej ďateliny, avšak s vymazanou epigenetickou pamäťou, rástli bezstarostne, akoby nikdy predtým suché obdobie nezažili. Dá sa teda povedať, že veľký stres vo forme intenzívneho sucha sa na raste potomkov ďateliny prejavil negatívne, ale v prípade púpavy nedostatok priestoru naopak pozitívne.
Invázne druhy
Vedci vrátane Víta Latzela by radi zistili, či sa medzigeneračná pamäť prenáša aj na viac ako jedno pokolenie. Existujú výskumy na pokusných rastlinách rodu arábkovka, ktoré si teplotné šoky zapamätali aj po viacerých generáciách. Víta Latzela táto skutočnosť prekvapuje: „Hovorím si totiž, prečo si rastlina má pamätať nejaké prostredie po viac ako dve generácie, keď sa dané podmienky za taký dlhý čas môžu zmeniť. Nebolo by to pre ňu výhodné.“
Čítajte aj Egyptskí archeológovia odkryli 110 hrobov z troch rôznych období
Výsledky výskumov by v budúcnosti mohli poslúžiť napríklad v poľnohospodárstve, pri produkcii výnosnejších osív, ktoré by sa nemuseli geneticky upravovať. Vďaka epigenetickej plasticite by sa dala nastaviť tak, aby lepšie klíčila v suchších podmienkach. Keby sa rastliny produkujúce semená pestovali vo väčšom suchu, ich potomkovia by mohli byť na nedostatok vlahy lepšie pripravení.
Zatiaľ však táto úvaha naráža na praktickú prekážku. „Problém je v tom, že potomkovia síce budú na sucho pripravenejší, ale rodičia sami v suchu nevytvorí veľa semien. Ekonomicky by sa to asi neoplatilo,“ priznáva Vít Latzel.
Zdroj: Jan Kľučka, Divízia vonkajších vzťahov SSC AV ČR