COOLna

Co všechno si mohou živočichové a rostliny mezigeneračně předávat?
Na začátek bychom si mohli uvést příklad. Vědci v Americe udělali zajímavý experiment. Umístili laboratorní myši na drátěnou podložku. A jakmile jim do klece začali pouštět acetofenon, což je uměle vyrobená látka, připomínající vůní třešně a jahody, pustili jim zároveň do podložky elektrický proud a myšky dostaly do paciček ránu. Po nějaké době se myši, jen co ucítily acetofenon, začaly bát. Podobný experiment prováděl už Pavlov se psy, kdy jim před jídlem zvonil zvonečkem a oni po čase začali slintat, jen co uslyšeli zvonění. Americké vědce ovšem zajímalo, jak budou na acetofenon reagovat potomci těchto stresovaných myší, kteří se s acetofenonem nikdy nepotkali.

A co se ukázalo?
Jakmile se těmto myším pustil do klece acetofenon, bály se i přesto, že s ním předtím neměly žádnou zkušenost a jeho vůni neznaly. Když se vědci podívali na příslušné části jejich mozků, zjistili, že jejich čichové buňky, reagující právě na acetofenon, jsou posílené. Což je jedna ukázka dědičnosti získaných vlastností. Není normální, aby se myši bály nějaké vůně, pokud s ní nemají spojenou negativní zkušenost. Na tyto myšky se ovšem přenesla od jejich rodičů.

Máte ještě další příklad dokazující, že se dají dědit i vlastnosti, jež získali rodiče až během života?
To samé můžeme pozorovat i u rostlin. Existuje experiment, na němž se podíleli i vědci z Brna. Vzali jeden druh pampelišky, vytvořili z ní různě husté porosty a pak sledovali, jak se budou chovat jejich potomci. Když byly rostliny vysázeny nahusto u sebe, další generace rostly mnohem výš a měly rozsáhlejší kořenový systém. Prostě aby byly připraveny na to, že bude opět tlačenice, a tedy že musí listy vystrčit co nejrychleji nahoru, aby je nikdo jiný nezastínil a aby kořeny načerpaly co nejvíce živin.

Když tedy rostlina trpí a musí se prát o místo na slunci a o živiny, zplodí silnější a životaschopnější potomky?
Z tohoto experimentu by se to mohlo zdát, ale není tomu tak vždy. Ten samý tým předtím udělal experiment na jeteli plazivém, což je takový ten klasický bílý jetel, který roste všude u chodníků, typická městská rostlina. Nejprve jej pěstovali normálně a potom jej nechali vysušit, až málem uhynul. Pak jej zase zavlažili a nechali růst. A pak na něj znovu udeřili suchem. A tohle opakovali pořád dokola. Nakonec sledovali, jak se chovají jeho potomci, a zjistili, že rostou daleko méně. Roztáhnou sice kořeny do šířky, aby nabrali co nejvíce vláhy, ale jinak se vůbec nesnažili růst, takže se může zdát, že pro ně tahle adaptace úplně pozitivní není. Ovšem i to se může měnit. Pokud by totiž sucho přetrvávalo, doplatil by na to jedinec, který by nezřízeně rostl, protože by nezvládl svůj velký organismus uživit.

Nějaký příklad epigenetiky?
Představme si jednovaječná dvojčata. Ta mají stejnou dědičnou informaci. Jedno z nich však každý den vysedává v hospodě, kde vypije osm piv, šest malých rumů a vykouří dvacet cigaret, zatímco druhé dvojče žije zdravě, cvičí a trénuje na závody. Přestože mají stejnou dědičnou informaci, má ten první nadváhu, zvýšený krevní tlak a cholesterol. A ten druhý nic z toho nemá. A důvodem těchto rozdílů je to, jak jejich buňky reagují na vnější prostředí a přizpůsobují se mu tím, že geny změní svoji aktivitu.

A to je to, co se pak předává potomkům?
Záleží na tom, zda se tento životní styl promítne do jejich pohlavních buněk, které jsou součástí organismu a jsou vystavené vlivům, jako je zdravá výživa a pohyb na jedné straně, nebo alkoholu a nikotinu na straně druhé. To vše se může promítnout do toho, jak budou geny ve spermiích nebo vajíčkách zabalené. Vraťme se na chvilku k těm myškám. Ve chvíli, kdy se myš, která dostává pecky do paciček po zavanutí acetofenonu, začne bát, nějakým způsobem se jí to propíše do obalu dědičné informace ve vajíčkách nebo ve spermiích, a tím pádem se to může přenést na další pokolení. A to je to, čemu říkáme epigenetika. Naopak genetika je to, co je napsáno v dědičné informaci – v té dvojité šroubovici – písmeny genetického kódu. „Epi“ je řecká předpona, která říká, že je to na povrchu, tedy že je to ten obal.

A k čemu nám to vlastně je?
Epigenetika je docela důmyslný evoluční vynález. Vždycky jsme si mysleli, že když na lidi, zvířata nebo rostliny přijde bída, objeví se v jejich DNA nová varianta genů, tedy že dojde ke změně písmen genetického kódu. Gen se tak najednou trochu pozmění a získá novou vlastnost, třeba že je rostlina odolnější vůči suchu. Jenže změna dědičné informace je náhoda. Je to taková ruleta, jako když budete chodit třicet let do kasina v Monte Carlu a budete doufat, že tam rozbijete bank. Přitom se vám může stát, že tam za těch třicet let přijdete na mizinu. A to samé by se mohlo stát i té kytce. Kdyby se měla suchu přizpůsobit jen na základě změny DNA, které se říká mutace, nemusela by se dočkat a v přírodě by byla odepsaná. Ale protože může ve svém semeni přebalit dědičnou informaci tak, aby stávající geny vyladila pro nepříznivé podmínky, může tím své potomky na sucho připravit, a to aniž by měnila svou DNA. A výborné na tom všem je, že to není nevratný proces.

Takže když přijdou naopak deštivá období, přebalí se zase zpátky?
Přesně tak. Kdyby to všechno viselo jen na změněné dědičné informaci, při změně podmínek by musela znovu vyhrát loterii a čekat na další mutaci. Epigenetika tedy dovoluje organismům operativně reagovat na změny podmínek a přizpůsobit se jim. Genetici to mají ovšem neskutečně těžké, protože se velmi těžko určuje, zda je vlastnost, jež se předává z pokolení na pokolení, zapsaná jenom na povrchu, nebo už je natvrdo v genech. Tyto dva systémy adaptací se totiž často prolínají a některé typy obalů DNA zvyšují pravděpodobnost, že se v tom konkrétním místě písmeno genetického kódu skutečně změní, a tudíž dojde k mutaci a například odolnost vůči suchu už bude natvrdo v DNA.

Tedy navždy. Či do další mutace genu. Když ovšem k mutaci nedojde a adaptace proběhne jen na epigenetické úrovni, kolik budoucích generací to ovlivní?
To už máme poměrně dobře odzkoušené a ukazuje se, že u živočichů je to na tři generace. U rostlin to bude mnohem déle. Což bude dáno zřejmě tím, že živočichové na rozdíl od rostlin mohou před nebezpečím nebo nepříznivými podmínkami zdrhnout. Když jim například nesvědčí oteplování, přesunou se víc na sever nebo do hor. Jenže rostliny zůstávají na místě.

Jakým způsobem se v našich buňkách ty pomyslné šuplíky s jednotlivými sadami nářadí otvírají a zase zavírají?
Těch možností je celá řada. Velice často se na jedno písmeno genetického kódu naváže chemická metylová skupina, což je uhlík a tři vodíky na něm. A čím víc metylů se na DNA objeví, tím spíš informace usne a nebude pracovat. Jak už jsme si říkali, DNA je dlouhá dva metry, a aby se do buňky vešla, musí být nějak smotaná. Je tedy ovinutá kolem bílkovinové špulky, přičemž každý její závit má asi 140 písmen genetického kódu. Tahle bílkovinová cívka kolem sebe může mít ještě navázané další chemické skupiny, které pak způsobují, že se závity buď utáhnou, a tudíž je DNA buňce méně dostupná a gen usíná, nebo se ty bílkoviny pozmění, roztáhnou se a DNA je naopak buňce přístupná a může se do ní sáhnout a využívat ji. Pak tam však je ještě něco, čemu říkáme malé nekódující RNA, což je zvláštní skupina molekul jednoduché šroubovice ribonukleové kyseliny, o nichž se ve vědeckých časopisech vedly dalekosáhlé diskuse o tom, jestli nejsou jenom odpadem.

A ukázalo se, že nejsou?
Přesně tak. Tyhle malé šroubovice se totiž mohou přiložit k DNA a způsobit to, že gen uspí. Mezigenerační dědičnost se tedy děje pomocí těchto procesů, kdy se ve vajíčku nebo spermii vlivem vnějších podmínek dědičná informace pocukruje metylovými skupinami a ve chvíli, kdy se smyčky na špulkách povolí, zasunou se tam tyto malé šroubovičky, které to tam řídí.

Jak to víme?
Vědci v nepravidelných intervalech odebírali a zase vraceli myším jejich mláďata a navíc ty matky někam zavírali, aby je ještě víc vystresovali. A pozorovali, co to udělá s těmi mláďaty. A ukázalo se, že to neovlivnilo jenom je, nýbrž i potomky těch mláďat v dalších dvou generacích, kteří přitom už tenhle stres nezažili. Všichni byli ustrašenější, měli sklony k depresivnějšímu chování a nedodržovali zásady myšího „bontonu“. Zároveň se však ukázalo, že se to předává jen u samců spermiemi, v nichž byly tyto malinkaté jednoduché šroubovice RNA. U mláďat nestresovaných jedinců tyto šroubovice nebyly. Vědci proto tyto malé brzdící šroubovičky vyndali ze spermií stresovaných samců. A když potom spojili vajíčka nestresovaných samic se spermiemi nestresovaných samců a ony malé brzdící šroubovičky tam vložili, znovu se narodila mláďata mající sklony k depresi a nervozitě.

Co všechno se dá tímto způsobem předat?
Například i obezita. Existují experimenty, kdy potkaní samce krmili vysokokalorickou potravou. Tím provedli epigenetickou změnu, protože ze svalnatého organismu vytvořili tlouštíka, a tudíž se musely více zapojit tukové buňky. Některé šuplíky se musely pozavírat, jiné, které buňka za normálních okolností nepotřebuje, zase pootvírat. A promítlo se to do pohlavních buněk. Když se pak těmto samcům narodili potomci, byly u nich patrné sklony k obezitě, vysokému krevnímu tlaku a zvýšenému cholesterolu i v případě, že se nepřežírali a měli dostatek pohybu. Takže když je někdo obézní, nečiní potíže jen sám sobě, ale i svým potomkům. A že se tahle transgenerační dědičnost týká i lidí, dokládá řada studií, které si vzaly na paškál situace, v nichž se populace dostala do velkého stresu.

Například?
Ve Švédsku se kdysi v jedné oblasti v důsledku nepříznivého počasí nesklidilo a nastal tam veliký hlad. Když se vědci podívali na lidi, kteří v těch nuzných letech prožívali pubertu, a pak i na jejich potomky, bylo to na nich znát. Všichni mají tendenci k cukrovce a kardiovaskulárním chorobám. Když se totiž spouští puberta, začnou se v těle připravovat pohlavní buňky, do nichž se vnější podmínky zapsaly. V nuzných letech tedy bylo výhodné připravit na to i organismus, aby z toho, co přijme, vyždímal maximum. Jenže tihle puberťáci a následně i jejich děti přišli na svět do období, kdy už žádný hladomor nebyl, a i když jedli normálně, ukládali do sebe mnohem více živin, a měli tudíž sklony k obezitě a s ní souvisejícím civilizačním chorobám…

Podobná věc se stala i v Nizozemsku, kde ke konci druhé světové války došlo k velikému povstání, kdy železničáři stávkovali proti německým okupantům. A protože se první invaze spojeneckých vojsk nepovedla a Němci se tam udrželi, přišly tvrdé represe, kdy se velká města uzavřela a byla odstřihnuta od přísunu potravin z venkova. V tu chvíli tam vznikl obrovský hladomor a ženy, které byly v té době těhotné, logicky porodily velmi malé děti, protože se několik měsíců pořádně nenajedly. Organismus těchto dětí se opět připravil na to, aby z potravy vyždímal maximum, a když bylo po válce a tyto děti už jedly normálně, zase měly zvýšený sklon k civilizačním chorobám. A nejen ony, ale také jejich děti a vnuci.

Promítne se do paměti organismu a do přenosu na další generace i něco jiného než hladomor?
Ano, například duševní stres. Dnes už máme vyhodnocené studie lidí, kteří přežili holokaust, a ukazuje se, že mezi jejich potomky je vyšší četnost těch, co mají psychické problémy a léčí se s nějakou duševní nemocí. Podobně jsou na tom i ve Finsku, kde proběhla zimní rusko-finská válka (1939–1940) a kde z ohrožené oblasti Karélie museli evakuovat 80 tisíc dětí do okolních zemí. Ačkoliv se pak po válce vrátily ke svým rodinám, mají ony i jejich potomci stejné psychické problémy jako potomci lidí, co přežili holokaust. To samé můžeme pozorovat i u lidí, kteří přežili genocidu ve Rwandě (1994).

Ale taková adaptace na stres už přece výhodná není, ne?
Může se zdát, že na to ti lidé doplatili, ale musíme si uvědomit, že žili v prostředí, kdy nevěděli hodiny ani minuty a neustále měli v hlavě hrozbu, že je někdo zastřelí nebo zabije jiným šíleným způsobem. Když pak mají potomka, který je ustrašený, a tudíž neriskuje, má v podobných podmínkách daleko větší šanci přežít než nějaký nebojácný hazardér.

Předávají muži a ženy tyto adaptace svým potomkům stejně?
Zajímavé je to například u lidí, kteří jsou závislí na kokainu. Tam hraje roli jak epigenetika, tak klasická dědičnost a na sklonu k závislosti se podílí dědičná informace mužů z 80 %, kdežto u žen je jen dvoutřetinová. To, že se tahle mezigenerační dědičnost mezi pohlavími někdy liší, se dá vysvětlit dalším zajímavým fenoménem, který mají jen savci, a to je imprinting genů (vtiskování genů, pozn. red.), kdy maminka i tatínek několik stovek genů z těch 23 tisíc předávají svému budoucímu potomkovi jinak zabalených. Lze to demonstrovat na genech, jež určují růst. Tatínkové je předávají rozbalené, protože chtějí, aby jejich potomci co nejvíce rostli. Tatínky to nic nestojí, dítě musí během těhotenství a pak i po porodu živit organismus ženy, a aby to ustál, dává maminka svému dítěti tyhle geny naopak zabalené, aby růst brzdily.

Jaké další geny dává jinak matka a jinak otec?
I v mozku máme geny, které dává dítěti každý z rodičů jinak zabalené, což musí mít nějaký dopad na jeho duševní činnost. A existuje zajímavá teorie, podle níž matka předává rozbalené, tedy aktivní geny, jež vedou k socializaci dítěte a jeho zapojení do společnosti. Představte si pravěkou tlupu, kde matka porodí dítě. Když se potomek dostane do batolecího věku, začne oblézat členy tlupy. Tu ho někdo pohlídá, tady mu dá někdo něco do pusy, a matce se tím uleví. Ale pro otce už to tolik lákavé není, a tak předává tyto geny zabalené, protože chce, aby dítě viselo matce na krku a bylo o něj stoprocentně postaráno. Docela to dává smysl, ale nejsem si jistý, zda už je tato teorie experimentálně potvrzená.

Dnes už můžeme do epigenetiky cíleně sáhnout. Je to dobře?
Některé typy nádorů vznikají kvůli tomu, že je DNA špatně zabalená. Některé geny usnou, jiné se probudí a rozjedou nádorové bujení. Dnes už však máme látky, jimiž jsme schopni dědičnou informaci přebalit nebo z jejího povrchu vymazat metylové skupiny, které za rozbalování a zabalování můžou, a vrátit to zpátky. Problém je ovšem v tom, že se ta látka smaže i na místech, kde to není příliš žádoucí. Někdy se tak ovšem skutečně dá ledacos napravit, což si můžeme ukázat na myších, které mají jako puštěný ze řetězu gen aguti a ten může za to, že jsou tito hlodavci zrzaví, tlustí a ještě k tomu náchylní k rakovině. Když se dvě takové myši spáří, dá se předpokládat, že budou mít stejně postižené potomky. Ale pokud se této březí samici začnou dávat do potravy látky, z nichž se začnou uvolňovat metylové skupiny, které se krevním oběhem dostanou až do embrya, a udělá se to navíc šikovně, narodí se jim hnědé hubené myšky bez sklonu k rakovině.

A stalo se, že podobný experiment příliš dobře nedopadl?
Na potkanech byla odzkoušena jedna léčba podobnou látkou. Potkanům se navodil určitý typ leukemie, který je způsobený právě tím, že jsou některé geny špatně zabalené a jedou „zakázanou“ rychlostí. Když se potkanům do těla pustila tahle látka, aby to zastavila, leukemie skutečně ustoupila, ale rozjelo se riziko jiných nádorů.

Do konkrétních míst genů už se dá přece zasáhnout cíleně, a to metodou CRISPR, které se přezdívá genetické nůžky. Ta umí z konkrétních genů vystřihávat jednotlivá chybná „písmena“či je v genech přehazovat.
Tato metoda je skutečně revoluční. Objev byl publikovaný v roce 2012 a už v roce 2020 za něj americká biochemička Jennifer Doudnaová a francouzská mikrobioložka Emmanuelle Charpentierová získaly Nobelovu cenu za chemii, což je na nobelovku fofr a už to musí být jó díra do světa (v jejich týmu pracoval i profesor biochemie Martin Jínek, Čech působící na univerzitě v Curychu). CRISPR je ve své původní verzi, kterou vymyslely zmíněné dámy, udělaný tak, aby v přesně vybraném místě šmiknul šroubovici DNA a navodil tam nějaké změny. Ale změní tím písmena genetického kódu, což je epigenetice k ničemu. Jiní vědci proto vymysleli modifikaci, kdy ty molekulární nůžky, jež umějí v těch dvou metrech DNA najít to přesné místo, „ztupili“ a nechali je sloužit jako takový věšák, na který se zavěsí molekula, jež umí gen probudit, nebo naopak uspat.

A už je to vyzkoušené?
Už delší dobu se ví, že jsou potomci alkoholiků úzkostnější a depresivnější, což se dá navodit i u potkanů. Když se jim pak do dědičné informace v jedné části mozku, co to řídí, pustil virus s tímto nástrojem, který umí přesně vybraný gen přebalit, tito potomci už úzkostmi a depresemi netrpěli.

Můžou se tyto mezigenerační adaptace nějakým způsobem předávat i sociálně?
Samozřejmě. V lidské i zvířecí společnosti se předávají věci z generace na generaci i jinak než dědičně. Isaac Newton říkal: „Viděl jsem dál než ostatní, neboť jsem stál na ramenou obrů,“ čímž se odkazoval na to, že jsme schopni informace hromadit a předávat. Ve chvíli, kdy lidé vynalezli písmo, mohli informace hromadit mnohem efektivněji, než když si je předávali ústně. Dnes máme v počítačové síti servery plné informací, neustále se dál plní a vše se zrychluje, což s sebou nese i problémy, neboť už nejsme schopni ta kvanta přebrat.

Jedno od druhého se učí i zvířata. Jsou také mezi nimi „vizionáři“ typu Einsteina nebo Newtona, kteří když na něco nového přijdou, ovlivní i všechny ostatní?
Klasickým příkladem jsou japonští makaci, které tam lidé krmí sladkými bramborami. Házejí jim je na mořské pobřeží do písku a opice je takhle nějakou dobu i s tím pískem jedly. Ale jedna samička pak přišla na to, že když si je omyje v mořské vodě, zbaví je písku a ještě si je tím trochu osolí, takže budou chutnější. Byla to taková Jennifer Doudnaová v opičím podání. Ačkoliv by to ostatní opice nenapadlo, naučily se to od ní a dnes si brambory omývají už všechny.

Opice jsou však inteligentní živočichové, naši blízcí příbuzní. Jsou Einsteini i mezi „jednoduššími“ živočichy?
Jeden experiment testoval čmeláky. Dali jim do mělké mističky cukrový roztok, čmeláci záhy zjistili, že jim chutná, a tak začali mističku vyhledávat. Pak ji však vědci dali pod skleněný stoleček, aby na ni čmeláci viděli, ale mezi ním a mističkou byla tak malá mezera, že se jí neprotáhli. K mističce ovšem vědci připevnili nitku, za kterou když se zatáhlo, mistička vyjela zpod stolečku, a čmelák se tudíž k roztoku dostal. Samo o sobě na to přišlo jen nepatrné množství čmeláků. Ale od nich se to pak naučila celá kolonie, která si nově nabytou znalost předávala.

Takže další generace čmeláků už věděla automaticky, jak na to?
Přesně tak.

Co dalšího si mohou zvířata takto předat?
Jedna americká studie zkoumala ovce tlustorohé v oblasti, kde byla tato zvířata téměř vyhubená, protože byla ve velkém lovena pro trofeje. Aby je do krajiny vrátili, pochytali ovce odjinud a vypustili je na místě, kde už žádné původní nebyly. Ve své předchozí domovině tyto nové ovce zvládaly zimu naprosto mistrně, ale v novém působišti, jehož podmínky neznaly, měly co dělat, aby přežily. Najednou nevěděly, kam ustoupit, když napadne první sníh, kde je ještě pastva, na kterých místech nepanují tak vysoké mrazy a kde je nějaké závětří. Z generace na generaci však tyto problémy vyvanuly, protože si stáda o daném místě nashromáždila dostatek informací a předávala si je z generace na generaci. I takhle tedy může vznikat mezigenerační paměť.

biolog Jaroslav Petr