Geny tylko w 20 proc. wpływają na organizm, pozostała część to oddziaływanie otoczenia, a szczególnie diety i środowiska zewnętrznego. Takie wnioski przynoszą wyniki badań naukowców, zajmujących się epigenetyką, czyli nauką, która od lat bada związek między czynnikami dietetycznymi i środowiskowymi a ich wpływem na ekspresję lub wyciszenie genów.
Dziedziczenie ponad genami
Epigenetyka zajmuje się „dziedziczeniem ponad genami”. Dotychczas funkcjonująca teza dotycząca wyłącznego wpływu DNA na cechy organizmu została obalona − najnowsze badania wskazują wyraźnie, że oprócz informacji genetycznej otrzymanej od rodziców, o cechach organizmu decydują czynniki zewnętrzne, takie jak dieta i środowisko. Co więcej − mogą być one przekazywane kolejnym pokoleniom. Epigenetycy przeprowadzili badania zarówno na zwierzętach, jak i z udziałem ludzi. Wnioski są zaskakujące – otóż udowodniono, że sposób odżywiania przodków oraz wpływ środowiska zewnętrznego zostawiły po sobie ślad w kodzie genetycznym kolejnych pokoleń.
Naukowcy przebadali próbki krwi pobrane od 422 osób urodzonych podczas głodu w Holandii (jesień 1944 r. − wiosna 1945 r.), a następnie stale monitorowali parametry zdrowotne tych osób. Okazało się, że niedożywienie matki w różnych okresach ciąży skutkowało szeregiem zaburzeń u jej dorosłego dziecka: podwyższonym ciśnieniem, predyspozycją do otyłości, zaburzeniem pracy nerek czy cukrzycą. Na modulację genów mają wpływ również składniki odżywcze. Możemy do nich zaliczyć: DHA, selen, witaminy
z grupy B, kwas foliowy oraz cholinę.
Film o przyszłości
Składników odżywczych, które wpływają na rozwój organizmu już – a może przede wszystkim – w okresie prenatalnym, jest kilka. Szczególnie powszechną substancją jest kwas foliowy – jego wpływ na rozwój ciąży zna zapewne każda przyszła mama. Duże znaczenie mają także witaminy z grupy B (witamina B6 i B12), które warunkują prawidłowy przebieg cyklu folianów. A co z choliną? Przecież to ona buduje błony komórkowe i wspiera znacząco rozwój układu nerwowego (jest prekursorem acetylocholiny, cennego dla mózgu neuroprzekaźnika), a także dostarcza grup metylowych, które są niezbędne do zwiększania lub zmniejszania ekspresji genu, wpływając tym samym na zdrowie płodu w przyszłości. To ona pełni istotną funkcję w okresie płodowym rozwoju dziecka, ponieważ zapotrzebowanie na ten składnik jest szczególnie wysokie w czasie pierwszych podziałów komórek w macicy. Na czym więc polega jej fenomen?
Cholina jest organicznym związkiem chemicznym, który dostarcza grup metylowych – przyłączają się one do zasad azotowych w genach, powodując dezaktywację danego genu, czyli jego „wyciszenie”. Reszty metylowe przyłączone do konkretnych genów działają na zasadzie korka – jeśli przyłączą się do danego genu, powodują jego „wyłączenie”, jednocześnie wzmacniając siłę genów, do których się nie przyłączyły.
Cholina pełni więc rolę reżysera, który poszukuje obsady do swojego filmu. Wszyscy aktorzy pragną zostać gwiazdą ekranu, ale to reżyser decyduje, kto zagra główną rolę. Tak samo funkcjonuje DNA organizmów żywych. To m.in. cholina decyduje, który gen zagra „pierwsze skrzypce”, a tym samym, jakie cechy rozwijającego się organizmu będą najsilniej rozwinięte. To właśnie z uwagi na składniki odżywcze o wyjątkowej sile epigenetycznej − DHA, selen, witaminy z grupy B, kwas foliowy oraz cholinę − zapewnienie odpowiedniego składu diety w okresie przed zajściem w ciążę oraz podczas jej trwania jest tak ważne. Mogą one determinować zarówno przebieg ciąży, jak i przyszłe zdrowie dziecka.
Przyszłość zapisana w genach
Cholina wpływa pozytywnie zarówno na rozwój matki, jak i rozwijającego się płodu. Jakie więc mogą być konsekwencje niedoboru choliny w diecie?
- Brak choliny wpływa niekorzystnie na rozwój płodu, funkcje wątroby matki oraz łożysko.
- U kobiet, które spożywały niewielkie ilości choliny podczas ciąży, aż 4-krotnie wzrosło ryzyko urodzenia dziecka z wadą cewy nerwowej w porównaniu do kobiet spożywających znacznie większe ilości tego składnika.
- Nieprzyjmowanie choliny podczas ciąży może wpływać negatywnie na rozwój struktury mózgu, niedorozwinięcie tych ośrodków, które mają wpływ m.in. na pamięć i orientację przestrzenną.
- Cholina − jako prekursor acetylocholiny − usprawnia przewodzenie impulsów nerwowych w mózgu dziecka. Nieodpowiedni poziom choliny skutkuje zatem osłabieniem jej funkcji jako neuroprzekaźnika i słabszą pamięcią wzrokową u dzieci.
- Brak choliny to także zdecydowanie wyższe ryzyko braku redukcji wolnych rodników niszczących błony komórkowe oraz DNA komórki. Bez tego związku niemożliwa jest pełna naprawa struktury DNA.
- Niedobór choliny zwiększa ryzyko wystąpienia stanu przedrzucawkowego.
- Niski poziom choliny przekłada się na wyższe stężenie hormonu stresu we krwi pępowinowej po urodzeniu i wyższe ryzyko wystąpienia chorób cywilizacyjnych wywoływanych przez stres – np. cukrzyca typu II, nadciśnienie, otyłość.
Naukowym okiem
Dowodów potwierdzających wpływ choliny na płód jest coraz więcej. Odpowiedni poziom stężenia pokarmu zawierającego reszty metylowe wpływa pozytywnie na fenotyp płodu. Wystarczy wspomnieć o myszach Agouti. Myszy te − o charakterystycznym żółtym zabarwieniu oraz tendencji do otyłości i rozwoju cukrzycy − występują naturalnie w populacji. Stanowią idealny model do badania przez naukowców w odniesieniu do epigenetyki. Zmiana diety ciężarnych mysich matek i podaż m.in. kwasu foliowego, witamin z grupy B i choliny, skutkowały urodzeniem się zupełnie innych myszek – małych, zwinnych, brązowych i… przede wszystkim zdrowych!
To nie koniec fascynujących badań epigenetycznych. Naukowcy przebadali także pszczoły i mrówki. Okazało się, że w roju wszystkie pszczoły mają taki sam materiał genetyczny (DNA) – zarówno królowa, jak i trutnie czy robotnice. Dlaczego więc królowa jest tylko jedna? Dlaczego część pszczół to robotnice, a pozostałe nie? Tajemnica tkwi w pokarmie. Larwy, które otrzymywały pyłek kwiatowy wyrosły na robotnice, a ta, której dostarczano mleczko pszczele (wydzielinę ślinianek pszczół robotnic) stała się królową. Jak to możliwe? Otóż mleczko pszczele zawiera reszty metylowe, które regulują ekspresję genów odpowiedzialnych m.in. zwiększony wzrost ciała oraz procesy związane z płodnością.
Badania dotyczące wpływu choliny przeprowadzane były w większości przypadków na modelu zwierzęcym, ponieważ badania na ludziach wymagają wieloletnich obserwacji. Jednak pierwsze badania z udziałem ludzi, które mają pokazać jak różnice w diecie ciężarnych wpływają na metylację DNA, już się rozpoczęły.
Doskonałym przykładem ilustrującym wpływ diety na przyszłe zdrowie i rozwój płodu są wyniki badań przeprowadzonych w Gambii. Mieszkańcy wsi w tym afrykańskim państwie zmuszeni są często zmieniać dietę z uwagi na występowanie pory suchej (żniw) i deszczowej (czas głodu). Dieta w ciągu roku składa się z kilku stałych składników. W czasie pory deszczowej do jadłospisu dołączają duże ilości warzywa przypominającego szpinak, zawierającego dużą dawkę kwasu foliowego. Naukowcy przebadali krew 84 kobiet ciężarnych, które zaszły w ciążę w czasie pory deszczowej oraz 83 kobiet, które poczęły w czasie pory suchej. Następnie przebadali sześć genów ich potomstwa i porównali wyniki. Poziom metylacji genów związany był z poziomem składników odżywczych w krwi matek – geny dzieci, które poczęte zostały w sezonie deszczowym (po obfitym okresie żniw) charakteryzowały się wyższym stopniem metylacji, który zależy od obecności składników odżywczych (cholina, metionina, witaminy z grupy B oraz kwas foliowy).
Odpowiednio, czyli ile?
Niestety, międzynarodowe badania przeprowadzone wśród przyszłych matek nie napawają optymizmem. Mimo wydanego prawie 20 lat temu opracowania Amerykańskiego Instytutu Medycznego, zawierającego rekomendowane zakresy odpowiedniego spożycia choliny dla całej populacji, spożycie tego składnika wciąż pozostaje zbyt niskie.
Rekomendacje Insititute of Medicine dotyczące dziennego spożycia choliny to 450 mg dla kobiet w ciąży oraz 550 mg choliny na dobę dla kobiet karmiących piersią. Natomiast w diecie europejskich kobiet ciężarnych, średnie spożycie oszacowano zaledwie na 336 mg/d. Szacuje się, że aż 90 proc. ciężarnych Amerykanek nie przyjmuje zalecanej dziennej ilości choliny, co może skutkować poważnymi konsekwencjami zdrowotnymi dla dziecka, odczuwalnymi przez całe życie. Warto zatem nieznacznie pomóc genom i zadbać o dobry życiowy start swojego dziecka.
Bibliografia:
C. Boeke et al., Choline intake during pregnancy and child cognition at age 7 years [w:] American Journal of Epidemiology, 12/ 2013.
K. Drews, Aktywne wspomaganie szlaku folianów – epigenetyczny wpływ choliny i witaminy B12 na rozwój ciąży [w] Ginekologia Polska, 12/2015.
X. Jiang et al., A higher maternal choline intake among third-trimester pregnant women lowers placental and circulating concentrations of the antiangiogenic factor fms-like tyrosine kinase-1 [w:] The FASEB Journal, 27/2013.
X. Jiang et al., Maternal choline intake alters the epigenetic state of fetal cortisol-regulating genes in humans [w:] The FASEB Journal, 26/2012.
K. Kamiński, M. Kucia, E. Wietrak, Epigenetyka, czyli jak przez metyzację możemy oszukać genetyczne przeznaczenie [w:] Postępy Neonatologii, nr 1/2015.
K. Kim et al., DNA methylation, an epigenetic mechanism connecting folate to healthy embryonic development and aging [w:] The Journal of Nutritional Biochemistry, 12/2009.
M. Lalonde, A New Perspective on the Health of Canadians, Ottawa 1974.
C. Lifschitz, Wiadomości dotyczące znaczenia składników odżywczych, które mają długotrwały wpływ na zdrowie kobiet w ciąży i niemowląt [w:] Standardy medyczne, nr 4/2013.
G. Shaw et al, Periconceptional dietary intake of choline and betaine and neural tube defects in offspring [w:] American Journal of Epidemiology, 2/2004.
E. Tobi et al., Early gestation as the critical time-window for changes in the prenatal environment to affect the adult human blood methylome [w:] International Journal of Epidemiology, 4/ 2015.
F. Vennemann, et al., Dietary intake and food sources of choline in European populations [w:] British Journal of Nutrition, 114/2015.
S. Zeisel, Choline: Critical Role During Fetal Development and Dietary Requirements in Adults [w:] Annual Review of Nutrition, 26/2006.
S. Zeisel, Dietary choline deficiency causes DNA strand breaks and alters epigenetic marks on DNA and histones [w:] Mutation Research, 733/2012.
S. Zeisel, Żywienie podczas ciąży – uzasadnienie dla włączenia źródła choliny [w:] International Journal of women’s Health, 5/2013.
