Dokto Brian G. Dias

Naši předkové nám promlouvají do života různě. Už z definice je jasné, že nám předávají své genetické vlohy – dobré i zlé. Neméně, a možná dokonce i více, nás ovlivňují sociální cestou, tedy výchovou, předanými zkušenostmi, ale také zděděným majetkem a sociálním postavením. Méně zjevné, ale podobně zásadní jsou vlivy, kterým jsme vystaveni v matčině lůně: hormony, infekce, toxiny, složení výživy, to vše nás nějakým způsobem spoluutváří.

Zcela jiná káva je ale dědičnost získaných vlastností. Je klasickou učebnicovou pravdou, se kterou se všichni setkáme již na základní škole v hodinách přírodopisu, že získané vlastnosti se prostě nedědí. Pokud celý život sportujeme, naše děti se nenarodí s fyzičkou o nic lepší než děti zapřísáhlých povalečů, a svaly si budou muset začít budovat zase pěkně od nuly. Ale má to i své výhody: Když přijdeme například o prst, naši potomci se narodí zase pětiprstí. Podobně jako jiné učebnicové pravdy, ani tato není zdaleka samozřejmá. Ještě v 19. století řada badatelů věřila, že dědičnost je univerzální a týká se vlastností získaných i vrozených – proč by také neměla? Jméno tomuto názoru propůjčil francouzský badatel Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829), podle nějž se (silně zjednodušeně) označuje jako lamarckismus. Lamarck dokonce tento typ dědičnosti pokládal za hlavní motor evoluce. Charles Darwin byl podstatně zdrženlivější, ale ani on tuto možnost v principu nevylučoval. Teprve s poznáním genetických zákonitostí se začalo ukazovat, že k dědění získaných vlastností prostě organismy vybaveny nejsou.

 

Profesor Kerry J. Ressler

Dává to smysl. „Návod“ na vybudování organismu je zapsán v DNA, pocházející z pohlavních buněk našich rodičů. Samotný organismus je nejrůznějšími způsoby – výživou, učením, tréninkem, úrazy atd. – pozměňován a ovlivňován, ale do DNA se tyto změny nepromítají. Ale i kdyby, nebylo by to nic platné. Pohlavní buňky, poukázka na další generaci, totiž nevznikají z libovolných tělesných buněk, ale z buněk zárodečné linie, které jsou s nejvyšší možnou ochranou uloženy v pohlavních orgánech. Že svaly zesílí, mozek zmoudří a pokožka se opálí? Zárodečné buňky jsou hezky za větrem, a těchto všedních dramat se neúčastní. A zbytek těla? Ten je, jak už těla bývají, smrtelný, a bez potomků skončí v krematoriu či žaludku nějakého mrchožrouta. Další generace tak začíná (z tohoto hlediska) jako nepopsaný list...

Vypadá to hezky a logicky, skoro by se zdálo, že to musí být pravda. A taky do značné míry je. Jenže pravda, toť ve vědě a v biologii zvláště pojem dosti ošidný. Všechno, co řekneme, je totiž pravdivé jen do určité míry.

Máme tady pravidlo, které je striktní a omezující. Živí tvorové jsou ale od přirozenosti vynalézaví, a je jasné, že se je budou snažit obcházet. Vlastně i takové věci jako je péče o potomky a jejich výchova jsou zjevnou snahou předat budoucí generaci i to, co v genech není. A potom je tu celé pole epigenetiky, kde se živé bytosti snaží o totéž již na molekulární úrovni. Běžné živé organismy (nemají-li molekulárně-biologické vzdělání a laboratoř k tomu) nemohou cíleně přepisovat svou DNA. Mohou ji ale, řekněme, „připomínkovat“, trochu jako když si v knize podtrháváme nebo zvýrazňujeme určité pasáže. Svítivě žluté fixy sice s DNA příliš nezmohou, buňky ale místo nich používají například metylaci – přivěšování chemické skupiny na DNA řetězec. A tyto změny dědičné být mohou. Genetický text sice zůstává nezměněn, různé jeho části ale touto formou mohou být zdůrazněny nebo naopak odsunuty do pozadí, čímž se rodiče snaží předpřipravit své potomky pro jejich budoucí život. Je to dědičnost získaných vlastností? Jen do jisté míry – tento proces se podobá spíše přehazování předpřipravených výhybek nebo spínačů, nic nového nevytváří a nemá tedy onen „kreativní potenciál“ který si od dědičnosti získaných vlastností sliboval například vzpomenutý Lamarck.

Zvětšit obrázek

Čichové glomeruly ve střední části čichového laloku, vnímající pach acetofenonu, byly nejvíce vyvinuty u myší, jejichž otcové si prošli nepříjemnou zkušeností právě s touto sloučeninou (obrázek f). Myši, jejichž otcové žádnou nepříjemnou zkušenost neprodělali (obrázek d) anebo získali averzi k úplně jinému pachu (obrázek e), měli příslušné čichové glomeruly mnohem méně vyvinuté. (Kredit: Brian. G. Dias)

Co ale dědičná paměť? Z běžného života dobře víme, že potomci se nerodí vybaveni vědomostmi svých rodičů, a tím bychom mohli záležitost uzavřít. Předávání zkušeností z generace na generaci, bez zdlouhavého učení, by ale pro mnohé živé organismy bylo neodolatelně výhodné. Že by evoluce nepodnikla ani malý krůček ke genetické paměti?

Dva američtí vědci, konkrétně profesor Kerry J. Ressler a jeho postdoktorský asistent, doktor Brian G. Dias, nedávno popsali něco, co se dědičné paměti nápadně podobá. Pracovali s laboratorními myšmi, a zvolili způsob učení, který je myším blízký: čichovou paměť.

Experiment začal nultou generací laboratorních myšáků. Ti byli v rámci experimentu naučeni bát se konkrétních pachů. Vždy, když dostali příležitost přičichnout si k určité látce (acetofenonu nebo propanonu), dostali elektrickou ránu. Taková nepříjemná zkušenost se nezapomíná snadno, a proto příslušný pach později u těchto myší vyvolal známky strachu a zvýšenou lekavost.

Samci, kteří „dostali za vyučenou“, i jejich kolegové, kteří zůstali doma a nic nepříjemného se jim nedělo, byli o dva týdny později seznámeni se sympatickými myšími samicemi a vzniklo potomstvo prvé generace. Těmto myším už se nedělo nic tak nepříjemného jako jejich otcům. Badatelé jim prostě předkládali různé pachy, a zároveň se je pokoušeli vylekat hlasitým zvukem. Tento test by měl odhalit, co si myši o tom kterém pachu „myslí“: pokud jim je nepříjemný nebo alespoň podezřelý, znervózní a jsou lekavější, než když cítí pach, který v nich podobné pocity nevyvolává. Výsledek byl šokující: myši nejvíc nadskakovaly leknutím tehdy, když čichaly právě ten pach, s nimž měli jejich otcové nepříjemnou zkušenost. Jiné pachy s nimi nedělaly nic. Myši, jejichž rodiče nic nepříjemného nepotkalo, nechával klidnými acetofenol i propanol.

Dále se ukázalo, že myši jsou k pachu, jehož se báli jejich tatínkové, vnímavější a cítí ho při daleko menších koncentracích než myši normální. Ony samy se s ním přitom během předešlého života nesetkaly – jejich zvýšená citlivost i „podezřívavost“ k tomuto pachu musela být tedy přenesena z předešlé generace.

Tyto změny byly přitom pozorovatelné i na „hardwarové“ úrovni. Části čichového laloku, které mají na svědomí detekci příslušného pachu, byly totiž u myší této generace od narození zvětšené. Událost, která potkala otce, tak doslova přetvořila mozek jeho potomků!

Otázka ale byla, jakou cestou se informace z rodičů na potomky přenesla. Byla opravdu obsažena již ve spermatu, nebo snad myší tatínkové naučili své potomky, čeho se mají bát? Aby to ověřili, Dias a Ressler nechali samce první generace zplodit další potomky – tentokrát již vnuky původních samců, kteří se učili bát. Aby ovšem neponechali nic náhodě, tentokrát oplodnění proběhlo ve zkumavce, takže myšata ani jejich matka svého otce vůbec neznaly. Nic se ovšem nezměnilo – pokolení vnuků stále neslo změny v mozku, mající původ u jejich dědů.

 
Autoři dále zkoušeli, zda se zkušenost přenáší také od matky, a zjistili že ano. Nepříjemnou zkušenost přitom samice zažily ještě dokud nebyly březí, zážitek tedy musel nějak ovlivnit ještě neoplozená vajíčka, podobně jako předtím u samců spermie. I v tomto případě je důležité biologické mateřství, a přenos funguje i když se o mláďata stará úplně cizí samice.

Zásadní otázkou tedy bylo, jakou formou se získaná zkušenost na potomky přenáší. Existují sice případy, kdy si lidé či zvířata nesou „vzpomínky“ na dobu před svým narozením, ale doposud všechny se týkaly zážitků, které přímo či nepřímo potkaly utvářející se embryo. Jak si ale myši mohou pamatovat, co se dělo v době, kdy vůbec neexistovaly, kdy se kdesi v gonádách vznášely jen spermie a vajíčka?

Ukázalo se, že spermie otců prošlých nepříjemnou zkušeností s acetofenonem si nesou dobře patrnou „poznámku“ v DNA – gen pro čichový receptor citlivý k acetofenonu (označovaný snadno zapamatovatelným jménem Olfr151) byl u nich méně metylovaný. Jak se ale informace o tom, který gen má být takto označen, dostane ke spermiím, to je doposud obestřeno tajemstvím, které mohou odhalit jen další důmyslné experimenty.

Zvětšit obrázek

Představa, že by se vlastnosti získané během života jedince mohly přenášet na potomstvo, byla sice v 19. století běžná, později se k ní ovšem přistupovalo velmi nedůvěřivě. (Kredit: Wikipedia)

Znamená to tedy, že synové nesou na svých bedrech dozvuky traumat svých otců a dokonce dědů? A týká se to jen myší, nebo bychom paralely našli i u člověka? Do jaké míry je epigenetický přenos důležitý v běžném životě myší a lidí? To bohužel nevíme.

Je možné, že podobným způsobem se z generace na generaci předávají některé duševní poruchy. Může být analogickým způsobem dědičný chorobný strach z výšek či z pavouků? Nebo třeba deprese? Některé starší studie opravdu poukázaly na možnost epigenetického přenosu depresivního chování u myší, případně i následků dalších traumatických zkušeností, jako je nedostatek mateřské péče. Podobným způsobem mohou být děděny také charakteristiky metabolismu, což může hrát roli například v současné „epidemii“ civilizačních chorob. Z tohoto výčtu by se zdálo, že epigenetické mechanismy nám přinášejí jen trápení, kterého se nezbaví ani následující generace. Je ale více než pravděpodobné, že ve skutečnosti nám (i myším) tyto mechanismy k něčemu slouží – jinak bychom je neměli. Ovšem stejně jako v jiných případech si také epigenetiky nejdříve a nejvíce všímáme tam, kde nám vysloveně škodí.

A že škodit dovede! Autoři jako odstrašující příklad zmiňují endokrinní disruptor vinclozolin. Tento jed působí patologické změny chování a narušuje plodnost. Jako by to nebylo už tak dost zlé, tyto projevy se epigenetcky přenášejí i na generace, které se s vinclozolinem vůbec nesetkaly. Přinejmenším u potkanů toto „prokletí“ sahá přinejmenším do čtvrtého kolene!

Zdá se tedy, že vedle genetiky bude také epigenetika předmětem intenzivního biomedicínského výzkumu. A kdoví, jaké překvapivé objevy nás na tomto poli ještě očekávají?

Odkazy:

Dias, Brian G., and Kerry J. Ressler. "Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations." Nature neuroscience (2013).
Novinky.cz
Psáno pro Osel.cz a Vzdálené světy