Om tvillingar ärver samma uppsättning gener, hur kan de vara så olika? A.B./Photonica/Getty Images Om du inte råkar ha ett identiskt syskon eller att känna ett par, Det finns en god chans att din kunskap om tvillingar delvis bygger på fiktion. De är överallt i sub, massa och populärkultur, och det är svårt att skylla på artisterna för att de har dragit in dem i bilden. Trots allt, för en art som är besatt av identitet, finns det en mer pirrande gåta än att titta över ett bord på en fysisk kopia av dig själv?
Om du har sett några få fiktiva skildringar av tvillingar, du har förmodligen märkt att presentationen tenderar att luta sig mot den ena eller den extrema. Antingen är tvillingarna kusligt lika (som de små tjejerna i "The Shining") eller anmärkningsvärt olika (som de dominerande och underdaniga tvillinggynekologerna i "Dead Ringers"). När två människor ser så lika ut, de saker som gör dem olika är lika förvirrande som de som gör dem lika.
DNA spelar en central roll i moderna identitetsuppfattningar, men när vår förståelse av genetisk vetenskap förbättras, så också vår förståelse av vad som gör oss till de vi är. Människor har länge engagerat sig i en debatt om natur kontra vård, ett dilemma med ödestoner mot fri vilja. Är du den du är för att du är född på det sättet eller på grund av den värld där du är uppfostrad?
Självklart, om en identisk tvilling växer upp i slottets slummen och den andra växer upp i kungens palats, de kan utvecklas till ganska olika människor, oavsett hur lika deras gener är. Området för epigenetik tillför nytt bränsle till denna fråga genom att belysa hur miljön, näring och sociala förhållanden påverkar hur gener uttrycks. Föddes tvillingen i palatset av en kränkande styvmor? Måste tvillingarna i slummen slita med ett hus fullt av piprök? Åt den ena välling medan den andra åt sig feta desserter? Dessa faktorer kan orsaka epigenetiska förändringar som förändrar hur varje tvillings gener uttrycks. Även en skillnad i kost kan sätta en tvilling i riskzonen för cancer och lämna den andra i klar.
I denna artikel, vi kommer att undersöka hur detta fascinerande genetiska område fungerar, hur epigenetiska förändringar påverkar våra liv och vad framtiden kan innehålla.
Innehåll
DNA kan ge dig en genetisk plan, men olika faktorer påverkar hur den planen kommer att uttryckas. 3D4Medical.com/3D4Medical.com/Getty Images Har du någonsin spelat ett flygsimulatorspel? Spelet kan ha erbjudit olika realisminställningar som gör att spelare kan välja hur "äkta" deras spelupplevelse kommer att vara. Ofta, du kan slå på och stänga av kollisioner mellan luften, eller bestäm om du kan få slut på ammunition eller gas. Standardinställningarna kan falla någonstans mellan ren simulator och arkad shoot-'em-up, men spelet har potential att bli mer realistiskt, beroende på om du vänder på lämpliga alternativ.
Som det visar sig, våra gener fungerar på ett mycket liknande sätt. Om vårt ackumulerade genetiska material (eller genom) fungerar som vårt program, vår spelupplevelse är vår fenotyp , en organisms observerbara egenskaper. En mängd faktorer, i tur och ordning, orsakar de epigenetiska processerna som slår på och av olika gener.
Forskare myntade först termen "epigenetisk" (som bokstavligen betyder "ovanför genomet") på 1940 -talet som ett sätt att klassificera förändringar som inträffade mellan genom och fenotyp. Till exempel, varför skulle bara en identisk tvilling utveckla cancer och inte båda? I ett försök att förstå vad som hände, forskare tittade närmare på förhållandet mellan DNA och cellulär utveckling.
DNA finns inne i cellens kärna, ett masterprogram i mitten av varje minut som gör oss till de vi är. Enzymer fäster kol- och vätebuntar (CH 3 ) ringde metylgrupper till DNA, ofta nära början av en gen - samma plats som proteiner fäster för att aktivera genen. Om proteinet inte kan fästa på grund av en blockerande metylgrupp, då förblir genen vanligtvis avstängd. Forskare kallar denna speciella epigenetiska process metylering . Arrangemanget av dessa buntar kan förändras drastiskt under en livstid, men kan också ställas in permanent under embryoutveckling. Allt beror på de olika faktorerna som kan påverka fördelningen av metylgrupper.
Medan epigenetiska forskare har ägnat det mesta av sin forskning åt metylering, de har identifierat många olika typer av epigenetiska processer. Kromatinmodifiering är mycket viktiga bland dessa processer. Inuti kärnan, DNA spolar runt buntar av histon proteiner att bilda kromatin , som i sin tur bildar kromosomer. Ändra kromatinets struktur och du ändrar genuttryck. Olika kemiska grupper uppnår detta ändamål genom att fästa vid histonerna.
Hur påverkar allt detta debatten om natur kontra vård? Ta reda på det på nästa sida.
Kämpa på DNAÄr du lite osäker på genetisk forskning? Låt oss bryta ner det hela för dig i Hur DNA fungerar och hur celler fungerar.
Är vi slaver av våra gener som vi får från våra föräldrar, eller kan vi bryta oss loss med epigenetiska förändringar? Hauke Dressler/LOOK/Getty Images Det är halvtid i den stora naturen kontra vårda slutspel. Låt oss köra ner poängen. Det faktum att vi till stor del bygger på de gener som vi ärver från våra föräldrar är verkligen en punkt för naturen, men det faktum att vårt dagliga liv kan påverka epigenetiska förändringar sätter verkligen en upp på tavlan för vård. Intressant, nästa lilla faktum bryter inte oavgjort - det gör en poäng för båda sidor. Baserat på vad vi vet nu, det verkar åtminstone några epigenetiska förändringar är ärftliga.
Gå tillbaka till tv -spelets analogi ett ögonblick. Dina föräldrar ger inte bara det centrala programmet vidare till dig, men några av de faktiska spelinställningarna de använde. Vissa kromatinmodifieringar överförs till nysyntetiserat DNA och proteiner. Som du kan tänka dig, utsikterna till ärftliga epigenetiska förändringar har en enorm inverkan på vår förståelse av evolution. Forskare har till och med omvärderat teorier som de tidigare diskrediterat, som den från 1700-talsforskaren Jean-Baptiste Lamarck. Även om de senaste fynden inte helt stöder Lamarcks teori om att giraffernas halsar förlängdes under generationer av att nå mat, några av bevisen är förvisso lamarckiska.
Ta vattenloppan till exempel. I en rovdjurstung miljö, varelserna utvecklas stort, defensiva ryggrader - en egenskap deras avkommor också utvecklas, även om den höjs i en rovdjurfri miljö. Denna process kallas transgenerationellt epigenetiskt arv . Människor behöver kanske inte kämpa med växande defensiva ryggar eftersom pappa kände sig hotad, men studier har visat att olika beteenden och hälsotillstånd beror på ärftliga epigenetiska förändringar.
Epigenetiska förändringar tillåter också stamceller att utvecklas till specialiserade celler, som de som finns i hjärnan. Medan organismer är beroende av denna vitala process, epigenetiska förändringar bidrar också till sjukdomar. I vissa fall, genen eller generna som slås på är de som är förknippade med försvagande sjukdomar, Till exempel Angelman syndrom . I andra fall, epigenetiska förändringar stänger av en riktigt viktig gen. Om du vill använda exempel på videospel igen, det finns ett visst antal inställningar som fungerar bra för en organism, men att slå på för få eller för många alternativ kan leda till en mycket otillfredsställande spelupplevelse. Forskare tror till och med att både minskar och ökar metylering (kemiska buntar som enzymer fäster vid DNA) kan orsaka cancer, genom att slå på för många tillväxtfrämjande gener eller stänga av tumörundertryckande gener.
Vilka faktorer påverkar dessa epigenetiska omkopplare? Ta reda på det på nästa sida.
Hur mycket står på spel i dina kostval? Kanske mer än du tror, med tanke på de näringsfaktorer som är involverade i epigenetiska förändringar. Influx Productions/The Image Bank/Getty Images Ju mer du tittar på epigenetik, desto mer verkar det som om våra liv är lite mer än en checklista med olika gener som kan slås på eller av. Vill du inte åldras lika snabbt? Klicka här. Omsorg för lite fetma? Markera bara "ja" eller "nej" med en blyertspenna nr 2. Självklart, kickern är att vi fortfarande försöker ta reda på vilka faktorer som leder till vilka svar på de genetiska Scantron -arken som definierar våra liv.
Epigenetiska förändringar, som så många av våra vitala processer, faller till våra kroppar att hantera. Tänk bara på senast du brände middagen eller hade fel strumpor på jobbet. Vill du verkligen ha direkt kontroll över ditt hjärtslag eller hur dina gener uttrycks? Nej, så din kropp reagerar på din miljö och tar hand om allt detta för dig. Under tiden, din hjärna (det vill säga, du) får ägna sig åt sådana viktiga problemlösningsuppgifter som att samla mat, avel och komma ihåg att stänga av strykjärnet. På vår fritid, dock, Vi har lagt ned mycket arbete på att ta reda på hur våra kroppar gör vad de gör. Som sådan, vi har redan tagit reda på hur vissa faktorer orsakar epigenetiska förändringar.
Näring :Som man brukar säga, du är vad du äter. Forskning har visat att brist eller överskott av mat under en persons barndom kan orsaka epigenetiska förändringar som leder till diabetes, fetma och tidig pubertet. Anpassningar som var vettiga under en hungersnödstid kan sedan överföras till barn och barnbarn som lever i en tid av överflöd. Gener blir epigenetiskt inställda på att hantera ogynnsamma förhållanden och går sedan vidare till avkommor som kan njuta av bättre förhållanden. Experiment har också visat hur livsmedel kan orsaka epigenetiska förändringar i livmodern. Forskare har påverkat pälsfärger och avskräckt fetma hos möss genom att mata mamman en sojarik kost, som förändrar metylering [källa:Ray].
Föräldraskap: Epigenetikområdet fortsätter att belysa betydelsen av föräldravård för psykisk hälsa. Experiment har upptäckt att mamma råttor som sällan brudgummen och ammar sina valpar bakom oroliga avkommor. Detta dåliga föräldraskap förändrar faktiskt gener som styr produktionen av stresshormoner. Detta är naturens sätt att förbereda unga på en potentiellt farlig miljö. I människor, forskare har observerat metyleringsförändringar i hjärnan hos självmordsoffer. Områden i hippocampus , en del av hjärnan som kan påverka humöret, innehöll gener som hade stängts av. Uppskattningsvis vart femte självmordsoffer utsätts för övergrepp mot barn, ledande experter att överväga en möjlig korrelation mellan stressande uppväxter och epigenetiska förändringar [källa:Economist].
Forskning fortsätter att avslöja samband mellan epigenetisk förändring och olika faktorer i våra miljöer och dieter. Hur kan vi dra nytta av denna kunskap? Ta reda på det på nästa sida.
Pappor, Kokain och fungicidMödrar är inte de enda som överför epigenetiska förändringar till avkomman. Experiment med råttor har visat att fungiciden vinclozolin kan orsaka cancer och njurfel, båda kan överföras till avkommor genom metyleringsförändringar. I ett liknande medicinskt experiment, forskare upptäckte att möss som använder kokain förmedlade minnesproblem till tre generationer av ättlingar tack vare epigenetiska förändringar.
En vetenskaplig forskare extraherar RNA från embryonala stamceller i ett laboratorium, vid University of Sao Paulos forskningscentrum för mänskligt genom i Brasilien. Mauricio Lima/AFP/Getty Images När kunskapen om epigenomen växer, vi fortsätter att lära oss mer om hur de ämnen vi konsumerar och de sociala situationer vi bor påverkar hur våra gener uttrycks. Forskare omprövar redan hur organismer utvecklas och hur egenskaper överförs från förälder till avkomma. Men vid vilken tidpunkt kommer denna kunskap att börja förändra vårt sätt att leva? Vid vilken tidpunkt kommer vi att kunna ta ett piller och blockera eller avblockera rätt kombination av gener för att förbättra vår livskvalitet?
Medan man stänger av åldrandet och finjusterar det mänskliga genomet är det ganska imponerande möjligheter, epigenetiker är mycket mer intresserade av att upptäcka sätt att behandla epigenetiska sjukdomar. Eftersom vissa cancerformer uppstår på grund av inaktivering av tumörundertryckande gener, forskare har arbetat med att utveckla läkemedel som återaktiverar dem. Läkemedlet azacitidin, till exempel, behandlar leukemi på detta sätt. Att hitta de rätta delarna av epigenomen att behandla, dock, kan vara som att hitta en nål i en höstack. Och när forskare hittat de områden de vill påverka, epigenetiska läkemedel är inte så specifika. De kan lyckas blockera eller avblockera de gener de ville behandla, men påverkar också andra gener, vilket kan leda till farliga biverkningar.
Efter genomförandet av Human Genome Project, de Human Epigenome Project strävar för närvarande efter att kartlägga omfattningen av förändringar som kan inträffa mellan genom och fenotyp. När den är klar, dock, en epigenomisk karta kan också visa sig vara användbar för att avgöra vilka individer som är i riskzonen för vissa sjukdomar och uppmuntra den typ av livsstilsförändringar som kan förhindra att fel gener slås på eller av.
Mer än framtida läkemedel står på spel, dock. Epigenetiska upptäckter tvingar också läkare att ompröva befintliga läkemedel. Även azacitidin, det första FDA-godkända epigenomiska läkemedlet, användes tidigare för att behandla benmärgsstamcellsstörningar. Det var först efter upptäckten av dess epigenetiska effekter som läkare undersökte dess användning på andra områden.
Stamceller är också av nyckelintresse för epigenetiker. Genom att studera de epigenetiska förändringar som avgör hur celler utvecklas, det kan så småningom bli möjligt att diktera vilken vävnadstyp en stamcell kommer att utvecklas till. För mer information om konsekvenserna av detta, läs hur stamceller fungerar.
Sålänge, ju mer vi vet om epigenetiska förändringar, ju mer vi inser sambandet mellan våra handlingar och, inte bara våra egna liv, men våra barns liv. När vi skalar bort ett annat genetiskt lager för att ta reda på vem vi är, vilka andra mysterier väntar oss?
Följ länkarna på nästa sida för att lära dig ännu mer om DNA.
Källor
