Podivné dědictví: Co vše se přenáší z generace na generaci

Biolog Jaroslav Petr shrnuje, jak se může trauma zapsat na povrch naší dědičné informace a následně přenést na další pokolení.

Konec války Severu proti Jihu 26. května 1865 zastihl ty šťastnější vojáky Unie na bojových liniích. Více než 200 000 jich však vysvobodil z pekla zajateckých táborů Konfederace. Hlad, infekční choroby, kurděje, nepřízeň počasí i kruté zacházení si na vězních vybraly svou daň. Zajatci se vrátili ke svým rodinám, nebo je založili, a těšili se z toho, že jejich děti vyrůstají ve světě, kam nic z válečných hrůz nedoléhá. Netušili, že svým potomkům předali podivné dědictví. Potomci zajatců se nedožívali tak vysokého věku jako děti vojáků, kteří prošli krvavými řežemi občanské války, ale do zajetí nepadli. Umírali předčasně, zhusta je zabíjely rakovina nebo mozková cévní příhoda. Kupodivu to neplatilo pro dcery zajatců, ale pouze pro syny.

Další příběh „podivného dědictví“ se odehrál o 80 let později. V období od listopadu 1944 do května 1945 odřízla německá armáda obyvatele velkých nizozemských měst od venkova a tím i od zdroje potravin. Příděly zajistily lidem denně pouhých 400–800 kalorií. Odhaduje se, že hladomor přezdívaný „hladová zima“ postihl 4,5 milionu lidí a vyžádal si na 20 000 mrtvých. Hladem trpěly i těhotné ženy. Děti, které se narodily po „hladové zimě“, byly v dospělosti náchylnější k chorobám, jakými jsou cukrovka druhého typu nebo nemoci oběhového systému. Už před šedesátkou se u nich projevoval citelný pokles duševních funkcí. U mužů byl také častější výskyt depresí a úzkostných stavů.

Podobných příběhů nabízí historie dlouhou řadu. Vědci z nich vyvodili, že stres, jemuž byli vystaveni otcové či matky, se nějakým způsobem přenáší na další generaci. A tím to končit nemusí, protože v případě obětí nizozemské „hladové zimy“ bylo zhoršené zdraví jasně patrné i u vnoučat žen, jež byly během hladomoru těhotné.

Obalená DNA

Způsob, jakým se stres přenáší z pokolení na pokolení, odhalují experimenty na laboratorních zvířatech, především na myších a potkanech. Je to výsledek tzv. epigenetické dědičnosti. Zatímco klasická genetická dědičnost je zapsána přímo do pořadí písmen genetického kódu dvojité šroubovice DNA a „máme ji v genech“, epigenetická dědičnost je uložena na povrchu dvojité šroubovice. Má podobu molekul, které DNA obalují. Stav tohoto obalu rozhoduje o aktivitě genů. Obal se může poměrně dynamicky měnit a s tím se mění i celkové „vyladění“ dědičné informace.

Když je člověk nebo živočich vystaven stresu, reaguje na to jeho organismus změnou obalu DNA v buňkách. Buňky se tak snaží se stresem vyrovnat. Pohlavní buňky – spermie ve varlatech a vajíčka ve vaječnících – nejsou výjimkou. I v nich se mění obal dědičné informace. Při početí dostává nový jedinec do vínku „přebalenou“ DNA vajíčka nebo spermie a zároveň také „přeladěné“ geny. Jeho organismus pak funguje jiným způsobem. U žen během těhotenství může být v reakci na stres „přebalena“ i DNA ve formujících se pohlavních buňkách nenarozeného potomka. Ten pak v dospělosti přenáší změněné funkce organismu na své vlastní děti.

Názorně si lze tuto epigenetickou dědičnost stresu demonstrovat na příkladu stresovaných myšáků, jejichž potomci vykazovali zvýšenou citlivost ke stresu. Ukázalo se, že stres dodá do spermií myších otců devět druhů molekul, jež dokážou měnit aktivitu genů. Když vědci izolovali tyto molekuly ze spermií stresovaných samců, přidali je ke spermiím nestresovaných myšáků a těmi pak oplodnili ve zkumavce myší vajíčka, rodily se myšky zvýšeně citlivé ke stresu. Potomci na tom byli stejně, jako kdyby jejich otcové čelili stresu. Není tedy pochyb o tom, že devatero stresových molekul skutečně přenáší stres z generace na generaci. Mohlo by se zdát, že zvýšená citlivost na stres potomkům nijak zvlášť nepomůže. Vědci ale předpokládají, že tato zvířata mají silnější motivaci se stresu vyhýbat a ve stresovém prostředí méně trpí.

Epigenetika jako adaptace

Epigenetická dědičnost se ukazuje jako významný adaptační mechanismus na nepříznivé podmínky. Na ty se mohou pozemské organismy adaptovat i geneticky. Pokud dojde ke změně podmínek, například nastane nedostatek potravy, dostávají se do výhody nositelé variant genů, které svého nositele vůči nepříznivým vlivům obrní. Ti jsou pak úspěšnější, mají více potomků, kterým své výhodné vlohy předávají.

Epigenetická dědičnost nabízí organismům východisko ze situací, kdy jim v dědičné informaci vlohy vhodné pro zdolání nepříznivých podmínek chybí. Pod vlivem stresů nejrůznějšího typu přebalí svou DNA a přeladí geny. Provedou to i v pohlavních buňkách a jejich potomci pak přicházejí na svět s dědičnou informací vyladěnou tak, že jim to zvyšuje šance na přežití. Takto přebalenou DNA a přeladěné geny předají potomkům. Pokud potomci čelí stejným stresům jako rodiče, přebalují i oni svou DNA, přelaďují geny stejným způsobem jako jejich rodiče a předávají ji dalšímu pokolení. Pokud se podmínky vrátí k normálu, může tato adaptace opět zmizet, protože DNA se začne zabalovat původním způsobem a s tím se navrací i standardní aktivita genů. Přebalení DNA v reakci na stres, jenž postihl jen jednu generaci, ale může vydržet překvapivě dlouho. U laboratorních potkanů přetrvávaly epigeneticky děděné problémy po 16 generací.

O tom, že se epigenetickou dědičností přenášejí i naučené reakce, svědčí výsledky experimentu, v kterém byly laboratorní myši vystaveny pachu syntetické látky acetofenonu a zároveň jim vědci uštědřili slabý elektrický výboj do tlapek. Myši se brzy naučily bát pouhé vůně acetofenonu. Vyvinul se u nich podmíněný reflex podobně jako u psů ve slavném pokusu ruského fyziologa Pavlova. V novém experimentu se ale vědci zaměřili na potomky myší, jež měly strach z acetofenonu. Když tato mláďata vystavili jeho vůni, zvířata se bála, i když nikdy předtím nepřišla s acetofenonem do styku a nikdy nedostala elektrický výboj do tlapek. Myšata zdědila od rodičů naučenou zkušenost. Měla k tomu dokonce uzpůsobený mozek, protože se u nich silněji vyvinula část čichového centra, jíž mozek reaguje na vůni acetofenonu.

Epigenetickou dědičností se nemusí přenášet jen negativní zkušenosti. Když vědci trénovali laboratorní potkany v řešení úloh kladoucích vysoké nároky na paměť nebo prostorovou orientaci, pozorovali u nich jasné změny nejenom ve funkcích mozku, ale třeba také ve spektru molekul uložených ve spermiích samců. Potomci trénovaných potkanů vykazovali i bez tréninku velmi podobné změny v mozku, jaké navodil u jejich rodičů trénink. Potomci trénovaných zvířat se pak při učení jeví jako zvýšeně nadaní.

Odpovědnost k příštím generacím

Vyvozovat z pokusů na zvířatech závěry platné pro člověka a lidskou populaci je vždycky ošidné. Výsledky těchto studií však zcela jistě stojí za hlubší zamyšlení. Epigenetická dědičnost je fenomén, do jehož tajů vědci teprve začínají pronikat. To, co zjistili, ale naznačuje, že zdaleka není jedno, čemu vystavujeme svůj organismus, protože se to může promítnout do fungování organismu našich dětí, vnoučat a zřejmě i dalších pokolení.

Obézní potkani přebalí DNA ve svých pohlavních buňkách tak, že jejich potomci mají zvýšený sklon k obezitě, i když nekonzumují vysoce kalorickou potravu a mají dostatek pohybu. Některé škodlivé látky znečišťující životní prostředí vyvolají změny v obalu DNA pohlavních buněk, což má za následek sníženou plodnost nejen u zvířat přímo vystavených těmto látkám, ale také u několika následujících generací, které se už se znečištěním nesetkaly.

Organismus reaguje i na užívání drog, jako je marihuana. O její hlavní aktivní látce delta-9-tetrahydrokanabinolu (THC) se už dlouho ví, že poškozuje spermie mužů. Experimenty na laboratorních potkanech ale naznačují, že tím neblahé efekty THC nekončí. Změny v aktivitě genů byly prokázány i u potomků samců vystavených účinkům THC, a to jak ve spermiích, tak i v mozku.

U závislosti na alkoholu se udává dědičnost v širokém rozmezí od 30 do 70 %. Nové experimenty ale dokazují, že celá dědičnost závislosti nepadá na vrub genetické dědičnosti, již máme „natvrdo“ zapsanou písmeny genetického kódu ve dvojité šroubovici DNA. Významnou část je nutno připsat také epigenetické dědičnosti dané obalem molekul na povrchu dvojité šroubovice DNA. V organismu vystaveném alkoholu dochází ke změnám v aktivitě genů, které se promítají do pohlavních buněk a přenášejí se tak na zplozené potomky.

Všechny vlivy působící na naše tělo nebo na psychiku se mohou promítnout do fyzického i duševního zdraví příštích generací. Zvláště vystupuje otázka rizik přenosu epigeneticky získaných změn do popředí u mladé generace, která celkem zákonitě cítí potřebu experimentovat, zkoušet nové věci a nejednou i riskovat. Často argumentují tím, že je to jejich život a že s ním mohou nakládat, jak se jim zlíbí. Pokud jednou chtějí mít děti, pak se tenhle argument ukazuje jako lichý. Na druhé straně platí, že to, co máme vepsáno v dědičné informaci, ať už „uvnitř“, nebo „na povrchu“, netvoří knihu osudu. Denně učiníme 35 000 rozhodnutí, od těch nepatrných, podvědomých až po zásadní, životní. Každé z nich nabízí příležitost vzepřít se tomu, k čemu nás tlačí genetická i epigenetická dědičnost, a změnit život k lepšímu.