Αγάπη μου, συρρίκνωσα τα... μυρμήγκια. Honey, I shrunk the ants: How environment controls size

Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Μακ Γκιλ ανακάλυψαν μέσα από πειράματα σε μυρμήγκια του είδους Camponotus floridanus ότι περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να παίξουν καίριο ρόλο στον προσδιορισμό πολύπλοκων χαρακτηριστικών όπως το μέγεθος. Until now scientists have believed that the variations in traits -- such as our height, skin color, tendency to gain weight or not, intelligence, tendency to develop certain diseases, etc., all of them traits that exist along a continuum -- were a result of both genetic and environmental factors. But they didn't know how exactly these things worked together. By studying ants, researchers have identified a key mechanism by which environmental (or epigenetic) factors influence the expression of all of these traits, along with many more. McGill researchers have discovered that environmental factors play a crucial role in determining complex traits like size. Credit: Mélanie Couture and Dominic Ouellette

Ως σήμερα οι επιστήμονες πίστευαν ότι η ποικιλομορφία σε χαρακτηριστικά όπως το ύψος, το χρώμα του δέρματος, η τάση για λήψη βάρους, η ευφυΐα, η τάση για ανάπτυξη ορισμένων νόσων κ.ά., είναι το αποτέλεσμα ενός συνδυασμού γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων. Δεν γνώριζαν όμως πώς όλοι αυτοί οι παράγοντες συνδυάζονται μεταξύ τους. Μελετώντας μυρμήγκια, ερευνητές του Πανεπιστημίου Μακ Γκιλ στον Καναδά εντόπισαν έναν μηχανισμό-«κλειδί» με τον οποίο οι περιβαλλοντικοί (ή επιγενετικοί) παράγοντες επηρεάζουν την έκφραση όλων αυτών των χαρακτηριστικών και πολλών περισσότερων.

Πώς μπορούμε να παρέμβουμε στην έκφραση των χαρακτηριστικών

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι εντοπίζοντας ένα γονίδιο με καίριο ρόλο για το κάθε χαρακτηριστικό καθώς και το πώς επηρεάζεται επιγενετικώς (δηλαδή από το περιβάλλον) είναι πιθανό να επηρεάσουμε τον βαθμό της έκφρασής του - και έτσι να παρέμβουμε στο πώς εκφράζονται διαφορετικά χαρακτηριστικά. Η όλη ιστορία μοιάζει λίγο με το πώς ένας καλλιτέχνης προσθέτει περισσότερη ή λιγότερη λευκή μπογιά στο μαύρο ώστε να δημιουργήσει μια παλέτα αποχρώσεων του γκρι. Στην πραγματικότητα, όλη αυτή η ερευνητική δουλειά αφορά την ανακάλυψη του μηχανισμού μέσω του οποίου το περιβάλλον αλληλεπιδρά με συγκεκριμένα γονίδια, αποκαλύπτοντας ότι οι περιβαλλοντικοί παράγοντες αποτελούν έναν ισότιμο «εταίρο» στον προσδιορισμό πολύπλοκων χαρακτηριστικών.

Η ερευνητική ομάδα από το Μακ Γκιλ με επικεφαλής τους καθηγητές Μοσέ Σιφ και Εχάμπ Αμπουχάιφ από τα Τμήματα Φαρμακολογίας - Θεραπευτικής και Βιολογίας αντιστοίχως, εντόπισε έναν μηχανισμό μέσω του οποίου επιγενετικοί παράγοντες επιδρούν στην ποσοτική διαφοροποίηση πολύπλοκων χαρακτηριστικών.

Για να καταλήξουν στα συμπεράσματά τους οι επιστήμονες διεξήγαγαν επιγενετικά πειράματα σε μυρμήγκια του είδους Camponotus floridanus. Με δεδομένο ότι υπάρχει μικρή γενετική επίδραση στον προσδιορισμό της ποικιλομορφίας του μεγέθους των εργατών σε μια αποικία και με δεδομένο ότι το γονιδίωμά τους έχει ήδη «διαβαστεί», οι ερευνητές ήταν σε θέση να επικεντρωθούν στην επίδραση των επιγενετικών παραγόντων σε ό,τι αφορούσε τις διαφοροποιήσεις στο μέγεθος.

Μυρμήγκια με γκάμα... μεγεθών

Florida carpenter ant workers run the gamut from dainty minors (far left) to hefty majors (far right). Photograph: MELANIE COUTURE AND DOMINIC OUELLETTE

Αυξάνοντας τον βαθμό της μεθυλίωσης του DNA (πρόκειται για μια βιοχημική διαδικασία που ελέγχει την έκφραση συγκεκριμένων γονιδίων - κάτι σαν τον ροοστάτη που ανεβάζει και κατεβάζει την ένταση του φωτός) ενός γονιδίου που εμπλέκεται στον έλεγχο της ανάπτυξης και ονομάζεται Egfr, οι επιστήμονες κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα φάσμα μεγεθών εργατών. Ανακάλυψαν σε γενικό πλαίσιο ότι όσο πιο μεθυλιωμένο ήταν ένα γονίδιο, τόσο μεγαλύτερο ήταν το μέγεθος των μυρμηγκιών.

«Βασικά ανακαλύψαμε μια διαδοχική επίδραση. Τροποποιώντας τη μεθυλίωση ενός συγκεκριμένου γονιδίου που επιδρά σε άλλα γονίδια - στη συγκεκριμένη περίπτωση επρόκειτο για το γονίδιο Egfr - μπορέσαμε να επιδράσουμε σε όλα τα άλλα γονίδια που εμπλέκονται στην κυτταρική ανάπτυξη» ανέφερε ο Σεμπαστιάν Αλβαράδο, διδακτορικός ερευνητής στο Μακ Γκιλ, που ήταν ένας εκ των δύο κύριων συγγραφέων της σχετικής μελέτης η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature Communications». «Και μπορεί να δουλέψαμε με μυρμήγκια, ήταν όμως σαν να ανακαλύψαμε ότι θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε κοντύτερους ή ψηλότερους ανθρώπους κατά βούληση».

Στην περίπτωση της ανάπτυξης των μυρμηγκιών, ο καθοριστικός παράγοντας φάνηκε ότι ήταν το γονίδιο Εgfr. «Για άλλα όμως πολύπλοκα χαρακτηριστικά, είτε αυτά εμπλέκονται στην ανάπτυξη των καρκινικών κυττάρων στον άνθρωπο είτε των λιποκυττάρων στα κοτόπουλα, αυτό που είδαμε είναι ότι αν βρούμε σε κάθε περίπτωση τη γενετική θέση-κλειδί που επηρεάζεται από επιγενετικούς παράγοντες, τότε μπορούμε να επιδράσουμε στο πόσο πολύ ή λίγο εκφράζεται το εκάστοτε γονίδιο» εξήγησε από την πλευρά του ο Ρατζέντραν Ρατζακουμάρ, ο έτερος κύριος συγγραφέας της μελέτης.

Προς ανθρώπινα χαρακτηριστικά κατά παραγγελία;

Η νέα ανακάλυψη αλλάζει πλήρως την κατανόηση σχετικά με το πώς λαμβάνει χώρα η ανθρώπινη ποικιλομορφία» είπε ο καθηγητής Αμπουχάιφ. «Τόσο πολλά ανθρώπινα χαρακτηριστικά όπως η ευφυΐα, το ύψος ή η προδιάθεση για νόσους σαν τον καρκίνο πιθανότατα μπορούν να επηρεαστούν από τον επιγενετικό μηχανισμό. Αν βρούμε πώς ο μηχανισμός αυτός επηρεάζει ένα γονίδιο-"κλειδί" σε κάθε πεδίο, η αλλαγή θα είναι τόσο μεγάλη ώστε να μην μπορούμε να φανταστούμε καν αυτή τη στιγμή πώς θα επιδράσει στην έρευνα, είτε αυτή αφορά την υγεία είτε τη γνωστική ανάπτυξη είτε τη γεωργία» κατέληξε ο καθηγητής.