Narażenie na zanieczyszczenia powietrza może wpływać na ekspresję genów w większym stopniu niż czynniki dziedziczne i stanowić wczesny sygnał przyszłych problemów zdrowotnych. Tak wynika z badania zaprezentowanego niedawno na łamach „Nature”.
Ekspresja genów to proces, w którym informacja zakodowana w genie zostaje odczytana i wykorzystana do syntezy konkretnego, funkcjonalnego produktu, najczęściej białka lub transferowego RNA. Mechanizm ten można porównać – w dużym uproszczeniu – do druku 3D, który pozwala na wytworzenie określonego przedmiotu na podstawie wprowadzonych danych. Wiadomo, że ekspresja genów zależy m.in. od genotypu, ale również czynników środowiskowych, np. toksyn obecnych w powietrzu. Okazuje się, że te ostatnie mogą odgrywać w tym procesie większą rolę niż czynniki dziedziczne. Tak wynika z badania przeprowadzonego przez naukowców z Ontario Institute for Cancer Research (OICR) w Toronto, opisanego w serwisie „Nature”.
Zanieczyszczenia zmieniają ekspresję genów
Wpływ zanieczyszczenia powietrza na rozwój chorób układu oddechowego (w tym nowotworów) czy układu krążenia jest powszechnie znany. Wiedza na ten temat pochodzi z szeroko zakrojonych badań epidemiologicznych obejmujących populacje liczące dziesiątki tysięcy osób. Dane te nie pozwalają jednak ocenić, w jaki sposób z powodu toksyn ucierpi konkretny organizm. Pod tym względem badanie przeprowadzone przez kanadyjskich naukowców jest przełomowe. Uczeni zdołali ustalić, jakie skutki narażenie na smog niesie ze sobą na poziomie genetycznym. Byli też w stanie sformułować dla poszczególnych osób prognozę na temat ryzyka wystąpienia choroby jeszcze przed wystąpieniem jej objawów.
Zespół z OICR zdołał wykazać wyraźną korelację między ekspozycją na smog a zmianami w ekspresji genów na podstawie badania materiału pobranego od stosunkowo skromnej grupy tysiąca osób. Wszyscy „dawcy” byli pochodzenia frankokanadyjskiego i zamieszkiwali Montrealu, Quebec City lub okolice Saguenay. Ich wspólne pochodzenie etniczne pomogło ograniczyć liczbę zmiennych w ich profilach genetycznych. Mimo to dzięki zastosowaniu techniki sekwencjonowania genomu naukowcy byli w stanie podzielić uczestników badania ze względu na ich miejsce pochodzenia. Następnie przeanalizowali pobrane od ochotników próbki krwi pod kątem cząsteczek RNA – związków odpowiedzialnych za przekazywanie instrukcji zapisanej w DNA do innych części komórek. W ten sposób mogli określić, jakie geny uległy ekspresji. Uczeni spodziewali się, że to, jakie geny zostały „wyrażone”, będzie zależało w pierwszym rzędzie od czynników dziedzicznych. Ku ich zaskoczeniu górę wzięły „uwarunkowania środowiskowe”. Najsilniejszy wpływ na ekspresję DNA miało narażenie na zanieczyszczenia powietrza, w szczególności drobny pył zawieszony i tlenki azotu będące produktem zanieczyszczeń emitowanych przez transport. W efekcie osoby, które urodziły się w Saguenay, ale dorastały w Montrealu pod względem tzw. podpisu ekspresji genetycznej były bardziej podobne do rdzennych Montrealczyków niż swoich ziomków.
Nie znaczy to, że czynniki dziedziczne zostały zmarginalizowane przez efekt środowiskowy. Miały one wymierny wpływ na ekspresję genów, jednak oddziaływanie środowiskowe – w tym przypadku narażenie na smog – okazało się odgrywać kluczową rolę. – To odkrycie ma bardzo istotne znaczenie w przewidywaniu ryzyka zdrowotnego. Ważne jest nie tylko to, co zapisane jest w naszym genomie, ale również to, na co jesteśmy narażeni – podsumował wyniki badania Stephen Montgomery z Uniwersytetu Stanforda. Ustalenia uczonych z OICR mogą przyczynić się do zmiany podejścia do badań genetycznych, a także usług komercyjnych związanych z sekwencjonowaniem genomu. W przyszłości istotną rolę w opiece zdrowotnej mogą odgrywać nie tylko dane genetyczne pacjenta, ale również jego „ekspozom” (expose-ome) – specyfika ekspresji genów pod wpływem narażenia na czynniki środowiskowe. Dopiero takie całościowe ujęcie pozwoli na ocenę stopnia ryzyka rozwoju choroby u poszczególnych pacjentów.
Badań dowodzących wpływu smogu na geny jest więcej
Dane dotyczące szkodliwego wpływu smogu na materiał genetyczny nie są nowością. Doniesienia potwierdzające taką zależność pojawiają się co najmniej od kilkunastu lat. Ostatnie z nich pochodzi z bieżącego roku. Naukowcy z centrum badawczego Cedars-Sinai (CTRS) odkryli, że niektóre związki obecne w zanieczyszczeniach powietrza mogą wpływać na zmiany genetyczne prowadzące do rozwoju chorób nowotworowych. Według badania szczególną rolę w tym oddziaływaniu odgrywają związki niklu pochodzące ze spalania paliw stałych. Przeanalizowane dane pochodziły z obszaru Los Angeles, w którym dominują zanieczyszczenia generowane przez transport.
Inne badanie dowodzące szkodliwego wpływu smogu na geny pochodzi sprzed czterech lat. Naukowcy z University of British Columbia (UBC) przeprowadzili dość „niehumanitarny” eksperyment na grupie ochotników. Umieścili śmiałków w pomieszczeniu, w którym doprowadzili stężenie zanieczyszczeń powietrza do poziomu charakterystycznego dla najbardziej skażonych miast świata. „Ofiary” przebywały w tych warunkach przez dwie godziny: siedząc, czytając, korzystając z internetu lub jeżdżąc na rowerku stacjonarnym. Następnie naukowcy przeanalizowali zmiany, jakie zaszły w genomie badanych.
Okazało się, że ekspozycja na smog spowodowała zmianę wzorów metylacji DNA. Mówiąc prościej, wpłynęła na sposób, w jaki włączane i wyłączane są poszczególne geny. Modyfikacja ta może prowadzić do zmian w epigenomie, czyli potencjalnie dziedzicznym zespole czynników, które określają, w jaki sposób kod DNA tłumaczony jest na cząsteczki budulcowe naszego organizmu. Eksperyment przeprowadzony przez uczonych z UBC pokazał, że smog powodował przede wszystkim zmiany w genach regulujących odpowiedź zapalną i stres oksydacyjny. W perspektywie długofalowego narażenia na toksyny obecne w powietrzu może to prowadzić do zmian nowotworowych oraz rozwoju wielu innych chorób cywilizacyjnych będących następstwem przewlekłego stanu zapalnego.
Fot. debcha/Flickr.
