V laboratoři Kerryho Resslera vládne strach z vůně acetofenonu. Fobie z chemikálie vonící po třešních a mandlích je však rozšířená jen mezi laboratorními myšmi. Mnohé z nich se kupodivu s acetofenonem nikdy nepotkaly. Averzi k chemikálii zdědily po rodičích, u kterých Ressler společně s Brianem Diazem vypěstovali strach z acetofenonu v experimentech, jaké podnikal už na konci 19. století ruský fyziolog Ivan Petrovič Pavlov.

Oba biologové nechávali v laboratořích Emory University v americké Atlantě čichat myšky acetofenon a přitom uštědřovali zvířatům slabé elektrické šoky do tlapek. Netrvalo dlouho a myšky tuhly strachem i bez elektrošoků. Stačilo, aby ucítily vůni chemikálie.

Vlastní pokus Resslera a Diaze začal až ve chvíli, kdy myši s vypěstovaným strachem z acetofenonu zplodily potomstvo. Vědci si dávali pozor, aby se malé myšky s touto chemikálií náhodou někde nepotkaly. Když je konečně vystavili účinku acetofenonu, pečlivě sledovali reakci zvířat. Myši se vůně bály. Tuhly strachem, i když nikdy předtím acetofenon neucítily a nikdy v životě nedostaly jediný elektrický šok. Zdědily strach, který vědci vypěstovali u jejich rodičů.

Ressler a Diaz zaznamenali zděděný strach dokonce i u vnoučat myší, které se naučily obávat acetofenonu. Strach se tedy dědil přinejmenším po dvě generace. Obava z vůně se projevila dokonce i u potomků, kteří byli zplozeni ve zkumavce z vajíček vystrašených samic a spermií vystrašených samců.

U myší, které se bály acetofenonu, i u jejich potomků byly patrné změny v těch částech mozku, které jsou zodpovědné za rozeznávání vůní a pachů. Narostlo jim více neuronů, jež jsou vybaveny k zachycení tohoto pachového signálu. Myši s vypěstovaným strachem a jejich potomci měli rovněž zvětšenou tu část mozku, která je zodpovědná za zpracování pachového signálu a přenos této informace do jiných částí mozku, například do centra, kde se rodí pocit strachu.

Rozpaky nad mechanismem

Výsledky experimentů Resslera a Diaze, publikované v předním vědeckém časopise Nature Neuroscience, vzbudily mezi odborníky velký zájem a rozporuplné reakce. "Nejčastější reakce byly typu: Skvělé! Ale jaký mechanismus je za to, sakra, zodpovědný?," shrnuje odezvu odborné veřejnosti Brian Diaz.

Ressler s Diazem jsou přesvědčeni, že se za překvapivou dědičností vypěstovaného strachu skrývá tzv. epigenetická dědičnost. Ta není zapsána písmeny genetického kódu přímo v dvojité šroubovici DNA, ale na jejím povrchu. V reakci na změny v prostředí mohou buňky dvojitou šroubovici obalit mnoha různými molekulami, nebo ji naopak těchto "obalů" zbavit. Podle toho, jak je dané místo DNA obaleno, vyvíjejí v něm uložené geny vyšší, nebo nižší aktivitu. To se může v konečném důsledku projevit změnou funkce buněk, tkání, orgánů i celého organismu.

Bojíte se?

Epigenetické změny dědičné informace jsou základním mechanismem, který zajišťuje vývoj jakéhokoliv organismu. Všechny buňky mají totožnou dědičnou informaci, a přesto se v rostlině liší buňky listu od buněk na špičce kořene a v těle živočicha se nacházejí tak různorodé buňky, jako jsou třeba neurony a krvinky. Vzhled i schopnosti buněk určuje způsob, jakým mají zabaleny a rozbaleny vybrané úseky dvojité šroubovice DNA.

Pohlavní buňky jsou schopny v závislosti na vnějších podmínkách "přebalit" svou dědičnou informaci tak, aby zplození potomci přišli na svět připraveni na nejrůznější úskalí. Tento typ dědičnosti přinášel pozemským organismům po miliony let řadu výhod. Člověku dnes zřejmě nastavuje i svou odvrácenou tvář. Naznačují to pokusy na laboratorních zvířatech.

Pokud například potkan konzumuje vysokokalorickou potravu, pak ztloustne a projeví se u něj zdravotní potíže spojené s obezitou. Za tyto změny jsou v jeho organismu zodpovědné změny v aktivitě řady genů vyvolané "přebalením" DNA v tkáních. Podobně jsou přebaleny i odpovídající úseky DNA v pohlavních buňkách potkana. Jeho potomci jsou proto zvýšeně náchylní k obezitě a civilizačním chorobám, i když konzumují přiměřená množství normální potravy, mají dostatek pohybu a i jinak vedou "zdravý život". V tkáních těchto potomků lze prokázat podobně změněnou aktivitu genů, jaké dosáhli jejich rodiče přejídáním vysokokalorickou potravou.

Pokud se stejný mechanismus uplatňuje i u lidí, pak by se sklon k obezitě mohl přenášet z generace na generaci jako jakýsi "dědičný hřích". Pykali bychom nejen za vlastní nezřízený život, ale dokonce i za nezřízený život našich předků. A na náš nezdravý životní styl by doplácely naše děti a vnoučata.

Epigenetika a chování

Ressler a Diaz jsou přesvědčeni, že podobně se z jedné generace laboratorních myší na druhou přenáší i dědičný strach z acetofenonu. Vypěstovaný strach z vůně této chemikálie ovlivní obal DNA v pohlavních buňkách a to pak pozmění aktivitu genů potomků tak, že se i u nich rozvine strach z acetofenonu. Řada vědců však toto vysvětlení odmítá.

Například Timothy Bestor z newyorské Columbia University je přesvědčen, že gen, s jehož pomocí myši zaznamenávají pach acetofenon, není uzpůsoben k tomu, aby byl na příslušných místech patřičně obalen, a tím se změnila jeho aktivita.

Kerryho Resslera přivedl k pokusům, jimiž prokázal dědičnost vypěstovaného strachu, zájem o problémové chování obyvatel chudinských čtvrtí. Drogy, alkohol, kriminalita, duševní poruchy jako kdyby tu přecházely z rodičů na děti.

"Existuje spousta konkrétních příkladů, ze kterých lze usuzovat, že se rizika těchto problémů přenášejí z jedné generace na druhou a že pro tyto lidi je velmi těžké se z tohoto začarovaného kruhu vymanit," říká Ressler.

Americký biolog je přesvědčen, že i tady vstupují do hry epigenetické změny na povrchu dvojité šroubovice DNA. Ve spermiích narkomana závislého na heroinu může být povrch dědičné informace pozměněn tak, že to jím zplozené potomky popohání do náruče drogové závislosti. Potvrdit, nebo vyvrátit tato podezření výzkumem přímo mezi obyvateli chudinských čtvrtí je prakticky nemožné. Proto zůstává Ressler i nadále u laboratorních myší. Zajímá ho například, u kolika následných generací se strach z acetofenonu projeví.

Špatně a dobře zabalené geny

Zatímco nad epigenetickou dědičností naučeného chování u lidí se stále vznáší velký otazník, v jiných aspektech lidského života už máme o roli epigenetických změn mnohem jasněji. Kromě jiného se významně podílejí na procesu stárnutí. Ukazuje se, že s postupujícím věkem vyklouzávají geny ze sevření epigenetické kontroly a to vážně narušuje souhru genů v buňce. V konečném důsledku to má za následek špatnou funkci buněk, jejich smrt či nádorové bujení.

Stářím pozměněné obalení DNA se může zřejmě přenášet i na další pokolení. Naznačují to pokusy na myších, jejichž výsledky byly zatím prezentovány na kongresu American College of Neuropsychopharmacology, konaném počátkem prosince 2013 ve floridském Hollywoodu. Spolupracovnice Timothyho Bestora Maria Milekicová z newyorské Columbia University tam prezentovala výsledky studie, ve které prokázala, že se starým myšákům "probouzejí" geny, jež by měly ve zdravé tkáni "spát" a nevykazovat žádnou aktivitu.

Odběr vzorků DNA dvojčat pro genetický výzkum

Je to důsledek změny v "obalu" DNA. Špatně "obalená" je i DNA ve spermiích starých myšáků. Potomci starých otců toto nevhodné "obalení" DNA dědí. Zároveň dědí i nevhodnou aktivitu genů a v důsledku toho vykazují některé poruchy chování. Milekicová se domnívá, že podobným mechanismem lze vysvětlit již dlouho známou skutečnost, že děti otců starších než 45 let čelí dvakrát vyššímu riziku propuknutí schizofrenie a až pětkrát zvýšenému riziku autismu.

Epigenetika se podílí i na vzniku rakoviny. Na počátku vzniku zhoubných nádorů stojí většinou poškození samotné dvojité šroubovice DNA. Byly však odhaleny nádory, jejichž buňky mají dvojitou šroubovici DNA nenarušenou a zběsilé množení buněk je u nich poháněno epigenetickými změnami na povrchu dvojité šroubovice.

Epigenetickými změnami, jež se postupně hromadí během života, vysvětlují lékaři i případy, kdy jedno z jednovaječných dvojčat onemocní chorobou, pro kterou existují významné dědičné dispozice, a druhé dvojče zůstane zdravé. Náchylnost k chorobě zřejmě nemají dvojčata vepsánu přímo do DNA, protože ta je u obou totožná. Vlivem odlišných životních podmínek i životosprávy však dochází u každého z nich k rozdílnému "obalení" některých úseků DNA a následně se liší obě dvojčata i aktivitou některých genů. U jednoho se podaří udržet geny v potřebné souhře. U druhého se tato souhra naruší a výsledkem je onemocnění.

Nedávno se švédským vědcům podařilo prokázat, že takové nevhodné "obalení" genů nastává u kuřáků. Mnohé z následků kouření, jako je narušená imunita, snížená kvalita spermií, ale i dobře známé silně zvýšené riziko zhoubných nádorů, jsou z významné části způsobeny změnou aktivity genů v důsledku epigenetických změn navozených látkami z tabákového kouře.

Epigenetika nám i budoucím

Existence epigenetické dědičnosti je veřejností často vnímána jako znepokojivý fenomén, který bourá zažité představy o tom, jak funguje dědičná informace. Zpočátku byla i odmítána, protože vznikal mylný dojem, že jde o návrat překonaných evolučních teorií Jeana-Baptista Lamarcka.

Epigenetiku bychom však měli vnímat především jako důraznou připomínku skutečnosti, že naše dědičná informace není "kniha osudu", kde máme jednou provždy vepsáno, co nás čeká a co nás nemine. Vliv genů na náš život je významný a neoddiskutovatelný.

Jaroslav Petr Je vzděláním biolog. Pracuje jako vedoucí výzkumný pracovník ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Praze-Uhříněvsi, kde se zabývá reprodukční biologií a biotechnologiemi hospodářských zvířat. Přednáší externě na České zemědělské universitě v Praze a dalších institucích. Je také dlouholetým popularizátorem vědy. Píše například pro Lidové noviny, časopis Vesmír i server Osel.cz.

Ale na druhé straně máme prostřednictvím epigenetických změn vlastní dědičnou informaci do určité míry pod kontrolou. Je jen na nás, jestli si zdravou životosprávou udržíme "obaly" dvojitých šroubovic v dobré kondici, nebo jestli si například kouřením nebo konzumací vysokokalorických potravin dědičnou informaci "přebalíme" takovým způsobem, že nás to významně postrčí k nejrůznějším civilizačním chorobám.

Je stále jasnější, že nevhodné epigenetické "přebalení" neodneseme sami, ale že může padnout na hlavy našich dětí, vnuků a zřejmě i dalších generací. Pokud mají pravdu Kerry Ressler a Brian Diaz, pak můžeme předávat dětem a vnoučatům dokonce i obavy a strachy.