Η έννοια της επιγενετικής έχει τις ρίζες της στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν μελέτες εμβρυολόγων προσπαθούσαν να διερευνήσουν τη φύση εκείνων των συστατικών στα κύτταρα που καθόριζαν την ανάπτυξη ενός εμβρύου. Η ανακάλυψη της ύπαρξης των χρωμοσωμάτων από το Γερμανό ανατόμο Βάλτερ Φλέμινγκ το 1879 ήταν καθοριστική, καθώς τελικά η αναπτυξιακή διαδικασία αποδόθηκε σε αυτά. Ωστόσο εξακολουθούσαν να υπάρχουν ακόμη πολλές ερωτήσεις: Ποια μόρια στα χρωμοσώματα είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά της γενετικής πληροφορίας; Πώς ακριβώς καθορίζουν την αναπτυξιακή διαδικασία και πώς η γενετική πληροφορία μεταδίδεται από κύτταρο σε κύτταρο κατά τη διαίρεσή τους;
Ακόμη και μετά την ανακάλυψη της ακριβούς δομής του DNA από τους Watson και Crick το 1953, όταν η ύπαρξη νουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών, με τη βοήθεια των οποίων “πακετάρονται” τα νουκλεϊκά οξέα στα χρωμοσώματα, έγινε γνωστή, κανένας δεν μπορούσε να αρκεστεί στο ότι η ύπαρξη της γενετικής πληροφορίας στα γονίδια μπορεί από μόνη της να καθορίσει ολόκληρη την αναπτυξιακή διαδικασία. Πώς τα κύτταρα ενός σώματος, τα οποία φέρουν όλα την ίδια γενετική πληροφορία, διαφοροποιούνται σε τέτοιο βαθμό ώστε να σχηματίζουν διαφορετικούς ιστούς και διαφορετικά όργανα με τόσο διαφορετικές λειτουργίες μεταξύ τους; Τις απαντήσεις στα ερωτήματα αυτά ήρθε να δώσει η επιγενετική.
Τι είναι επομένως η επιγενετική;
Ως επιγενετική έχουν ορισθεί εκείνες οι κληρονομήσιμες αλλαγές που συμβαίνουν στα γονίδια (στο DNA και στις πρωτεΐνες του πυρήνα του κυττάρου), οι οποίες όμως δεν επηρεάζουν την αλληλουχία τους, δηλαδή τη σειρά των νουκλεοτιδίων, καθώς τότε θα αναφερόμασταν σε αυτές ως μεταλλάξεις.
Που επικεντρώνονται οι μελέτες σχετικά με την επιγενετική;
Παρότι στο παρελθόν οι μελέτες σχετικά με την επιγενετική επικεντρώθηκαν κυρίως στην ανάπτυξη του εμβρύου, στη γήρανση και στον καρκίνο, πλέον ασχολούνται και με άλλους τομείς ενδιαφέροντος, όπως η φλεγμονή, η παχυσαρκία, η αντίσταση στην ινσουλίνη, ο σακχαρώδης διαβήτης τύπου 2, οι νευροεκφυλιστικές νόσοι και τα αυτοάνοσα νοσήματα. Οι επιγενετικές αλλαγές μπορούν να πυροδοτηθούν τόσο από εσωτερικούς όσο και από εξωτερικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες, ενώ έχουν την ικανότητα να προκαλούν αλλαγές στην έκφραση των γονιδίων. Για το λόγο αυτό η επιγενετική θεωρείται πλέον ένας μηχανισμός ο οποίος μπορεί να αιτιολογήσει την πρόκληση ασθενειών αγνώστου ως τώρα αιτιολογίας.
Ποιοι είναι οι μηχανισμοί της επιγενετικής;
Οι τρεις κύριοι επιγενετικοί μηχανισμοί περιλαμβάνουν τη μεθυλίωση του DNA, δηλαδή την προσθήκη μιας ομάδας μεθυλίου στον 5ο άνθρακα της κυτοσίνης (ένα από τα συστατικά των νουκλεοτιδίων του DNA), τις τροποποιήσεις (ακετυλίωση, μεθυλίωση, φωσφορυλίωση) των ιστονών, δηλαδή των πρωτεϊνών που ευθύνονται για το «πακετάρισμα» του DNA στα χρωμοσώματα, και την ύπαρξη μικρό-RNAs (microRNAs). Οι μηχανισμοί αυτοί πυροδοτούν αλλαγές στην έκφραση γονιδίων, είτε ενεργοποιώντας, είτε απενεργοποιώντας τα γονίδια αυτά.
Ποια θρεπτικά συστατικά και με ποιο τρόπο σχετίζονται με τις επιγενετικές αλλαγές;
Οι υδατοδιαλυτές βιταμίνες όπως το φυλλικό οξύ, η βιταμίνη Β12, η ριβοφλαβίνη (Β2) και η πυριδοξίνη (Β6) εμπλέκονται στη μεθυλίωση του DNA, καθώς αποτελούν δότες μεθυλικών ομάδων.
Φυλλικό οξύ
Συγκεκριμένα το φυλλικό οξύ έχει πολύ σημαντικό ρόλο στη σύνθεση και επιδιόρθωση του DNA. Η έλλειψη φυλλικού οξέος έχει συσχετιστεί με διάφορους τύπους καρκίνου, όπως του παχέος εντέρου, του προστάτη και του ήπατος.
Βιταμίνη Β12
Παρόμοια θετική συσχέτιση έχει βρεθεί και μεταξύ της έλλειψης βιταμίνης Β12 και του ηπατοκυτταρικού καρκίνου. Ωστόσο λίγα είναι γνωστά σχετικά με την απαραίτητη δοσολογία και διάρκεια χορήγησης, ή αντίθετα αποκλεισμού των βιταμινών αυτών, ώστε να επιφέρουν επιγενετικές αλλαγές στο DNA.
Αντιοξειδωτικές πολυφαινόλες
Σε εργαστηριακές μελέτες έχει βρεθεί ότι οι αντιοξειδωτικές πολυφαινόλες των φυτών, η ρεσβερατρόλη (κόκκινα σταφύλια), η επικατεχίνη (τσάι, κακάο) και η κουρκουμίνη (κουρκουμάς), μπορούν να αντιστρέψουν τις επιβλαβείς επιγενετικές αλλαγές που έχουν συμβεί σε καρκινικά κύτταρα και να καταστείλουν την ανάπτυξη του όγκου. Μία άλλη φαινολική ένωση που βρίσκεται κατά κύριο λόγω στα σταυρανθή λαχανικά (μπρόκολο), η σουλφοραφάνη, προστατεύει το DNA από τις επιβλαβείς επιγενετικές αλλαγές, όπως τις μεθυλιώσεις, και καταστέλλει την ανάπτυξη των καρκινινών κυττάρων.
Βιοτίνη
Μία άλλη υδατοδιαλυτή βιταμίνη, η βιοτίνη, συμμετέχει στην τροποποίηση των ιστονών, συμβάλλοντας με τον τρόπο αυτό στη διαμόρφωση της χρωματίνης, αλλά και στην απενεργοποίηση ορισμένων γονιδίων. Έλλειψη της βιοτίνης θα μπορούσε να έχει αρνητικές συνέπειες στη δομή της χρωματίνης και στη φυσιολογική έκφραση γονιδίων, ωστόσο απαιτούνται περισσότερες μελέτες ώστε να διαλευκανθεί πλήρως ο ρόλος της.
Κουερσετίνη και γενιστεΐνη
Η κουερσετίνη και η γενιστεΐνη έχουν επίσης μελετηθεί για τις αντιφλεγμονώδεις και αντικαρκινικές ιδιότητές τους. Η κουερσετίνη, μία φαινολική ένωση που βρίσκεται στα κρεμμύδια και στο κίτρο, αναστέλλει την έκφραση προφλεγμονωδών γονιδίων μέσω επιγενετικών μηχανισμών, όπως η μείωση της ακετυλίωσης των ιστονών. Η γενιστεΐνη είναι ένα φυτοοιστρογόνο που βρίσκεται στη σόγια και τα προϊόντα της. Αυξάνει την έκφραση ογκοκατασταλτικών γονιδίων, μέσω απομεθυλίωσης κάποιων ρυθμιστικών περιοχών τους.
Μπορεί μια ισορροπημένη διατροφή να προστατέψει από ασθένειες;
Όσον αφορά στη διατροφή συνολικά, ο περιορισμός της πρόσληψης θερμίδων μειώνει την έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με τη φλεγμονή και μπορεί να σχετίζονται με διάφορα φλεγμονώδη νοσήματα, όπως είναι τα αυτοάνοσα, αλλά και η παχυσαρκία.
Παρότι οι δράσεις των παραπάνω θρεπτικών συστατικών έχουν προς το παρόν αποδειχθεί μόνο στο εργαστήριο, σε καλλιέργειες κυττάρων και σε ζωικά πρότυπα, φαίνεται ότι «μία ισορροπημένη διατροφή, επαρκής σε φρούτα, λαχανικά και ολικής άλεσης προϊόντα και φτωχή σε γλυκά, επεξεργασμένα τρόφιμα και κόκκινο κρέας, μπορεί να παρέμβει στην έκφραση των γονιδίων και να προστατέψει έναντι ασθενειών, όπως είναι ο καρκίνος και η παχυσαρκία.»
Ποιος ο ρόλος των microRNAs;
Τα microRNAs είναι μικρά μόρια μέσα στον πυρήνα του κυττάρου, τα οποία αποτελούνται από νουκλεοτίδια και ρυθμίζουν την έκφραση των γονιδίων που σχετίζονται με τον πολλαπλασιασμό, την απόπτωση και την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων. Έχουν επίσης ενεργό ρόλο στον έλεγχο των μεθυλιώσεων του DNA και της τροποποίησης των ιστονών. Ένας από τους μηχανισμούς με τους οποίους τα βιοδραστικά συστατικά των τροφίμων που προαναφέρθηκαν αναστέλλουν την καρκινογένεση, φαίνεται ότι είναι η καταστολή των microRNAs.
Επιγενετικές αλλαγές και παχυσαρκία
Η παχυσαρκία είναι μία πολυπαραγοντική νόσος και η κατανόηση των μηχανισμών που οδηγούν σε αυτή είναι πολύ μεγάλης σημασίας για την πρόληψη και θεραπεία της. Χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος, του τρόπου ζωής, αλλά και η γενετική προδιάθεση έχουν μελετηθεί διεξοδικά και σε πολλές περιπτώσεις έχει αποσαφηνιστεί ο τρόπος με τον οποίο οδηγούν στην παχυσαρκία. Τον τελευταίο καιρό όμως η προσοχή έχει στραφεί προς την επιγενετική και έχει προταθεί ότι αυτή αποτελεί τον συνδετικό κρίκο μεταξύ της γενετικής προδιάθεσης και των περιβαλλοντικών παραγόντων, οι οποίοι επιδρούν στη λειτουργία των γονιδίων μέσω των επιγενετικών αλλαγών.
Τι δείχνουν οι μελέτες;
Παρότι οι μελέτες σε ζωικά πρότυπα έχουν αναδείξει την επίδραση της διατροφής κατά τα πρώτα στάδια της ζωής στην μεταβολική υγεία κατά τη μετέπειτα ζωή, οι μελέτες στους ανθρώπους είναι ακόμη περιορισμένες. Ωστόσο, πρόσφατες μελέτες σε ανθρώπους προσέφεραν σαφές ενδείξεις ότι η μη βέλτιστη διατροφική πρόσληψη της μητέρας σε συγκεκριμένες περιόδους της προγεννητικής ανάπτυξης οδηγεί σε μεθυλιώσεις του γενετικού υλικού του εμβρύου και αυτό μπορεί να έχει μεταβολικές επιδράσεις αργότερα στον ενήλικα απόγονο. Σε καμία περίπτωση οι μελέτες αυτές δεν είναι αρκετές ώστε να υποστηρίξουν μία σχέση αιτίου και αποτελέσματος μεταξύ των επιγενετικών αλλαγών και της παχυσαρκίας, αποτελούν ωστόσο ένα σημαντικό βήμα προς την καλύτερη κατανόηση των επιγενετικών αλλαγών και των επιδράσεών τους.
Επιγενετικές αλλαγές και γήρανση
Η γήρανση είναι μία διαδικασία κατά την οποία οι βιολογικοί μηχανισμοί δυσλειτουργούν κι επομένως αυξάνεται η επιρρέπεια του οργανισμού σε ασθένειες. Η διαδικασία της γήρανσης επηρεάζεται από ένα συνδυασμό γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων. Η διατροφή είναι ένας από τους σημαντικότερους περιβαλλοντικούς παράγοντες, καθώς η χρόνια έκθεση σε μη ισορροπημένα διατροφικά πρότυπα προκαλεί μεταβολικό στρες, το οποίο σχετίζεται με την εκδήλωση μεταβολικών ασθενειών, όπως η παχυσαρκία και ο σακχαρώδης διαβήτης, αλλά και η γήρανση. Οι επιγενετικές αλλαγές είναι ένας υποψήφιος μηχανισμός με τη βοήθεια του οποίου τα διάφορα στοιχεία της διατροφής επιδρούν στο γονιδίωμα και προκαλούν μεταβολικό στρες και τελικά τη γήρανση των κυττάρων.
Πως συμβάλλει η μειωμένη θερμιδική πρόσληψη;
Ο θερμιδικός περιορισμός μπορεί να καθυστερήσει την εμφάνιση χρόνιων παθήσεων που σχετίζονται με την ηλικία και να επιμηκύνει το προσδόκιμο επιβίωσης. Στο εργαστήριο βρέθηκε ένας μηχανισμός, ο οποίος μέσω επιγενετικών αλλαγών περιορίζει τη σύνθεση των πρωτεϊνών στα κύτταρα και σταθεροποιεί με τον τρόπο αυτό τη μεταβολική κατάσταση των κυττάρων, προστατεύοντάς τα από το μεταβολικό στρες και επιμηκύνοντας την επιβίωσή τους. Επιπλέον, μέσω της μειωμένης θερμιδικής πρόσληψης επάγεται και η αυτοφαγία, δηλαδή η αυτοκαταστροφή των δυσλειτουργικών κυττάρων, η οποία εξασφαλίζει τη μακροζωία των υγιών κυττάρων.
Ποιες είναι οι ιδιότητες της ρεσβερατρόλης;
Τέλος, η ρεσβερατρόλη, η φαινολική ένωση που βρίσκεται στα κόκκινα σταφύλια, στο κόκκινο κρασί, στις φράουλες και στα μούρα, είναι αυτή στην οποία έχουν αποδοθεί κατά κύριο λόγω αντιγηραντικές ιδιότητες. Οι επιδράσεις της ρεσβερατρόλης μιμούνται αυτές του θερμιδικού περιορισμού, ενώ παράλληλα έχει αντιφλεγμονώδεις και αντιοξειδωτικές ιδιότητες.
Τελικά είμαστε ό,τι τρώμε;
Δεν μπορούμε να απαντήσουμε με απόλυτη βεβαιότητα στο συγκεκριμένο ερώτημα, ωστόσο υπάρχουν συνεχώς αυξανόμενες ενδείξεις ότι τα επιμέρους θρεπτικά συστατικά των τροφίμων που τρώμε, αλλά και η διατροφή μας σαν σύνολο, μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο τα γονίδιά μας λειτουργούν. Η γονιδιακή προδιάθεση είναι σημαντική αλλά όχι αρκετή από μόνη της ώστε να προκαλέσει την εμφάνιση νοσημάτων, όπως ο καρκίνος, ο σακχαρώδης διαβήτης, ακόμη και η παχυσαρκία.Οι διάφοροι παράγοντες του περιβάλλοντος, ένας από τους οποίους είναι και η διατροφή, πρέπει να συνδράμουν μέσω των επιγενετικών αλλαγών, είτε προστατεύοντας το DNA, είτε ενισχύοντας περαιτέρω την ήδη υπάρχουσα γονιδιακή προδιάθεση. Οι επιγενετικές αλλαγές στο γονιδίωμα λαμβάνουν χώρα ήδη από την ενδομήτριο ζωή και μπορεί να κάνουν εμφανή τα αποτελέσματά τους αργότερα κατά την ενήλικη ζωή ή ακόμη και σε μεταγενέστερη γενιά.
Πρέπει να διεξαχθούν περισσότερες μελέτες για την πλήρη κατανόηση των μηχανισμών αυτών, έτσι ώστε να μπορέσουμε να καταλάβουμε τον ακριβή ρόλο της διατροφής, αλλά και τον τρόπο που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα διάφορα θρεπτικά συστατικά των τροφίμων ώστε να προστατευτούμε από νοσήματα και να επιβραδύνουμε τη γήρανση. Έως τότε, φαίνεται ότι η ισορροπημένη διατροφή, με επάρκεια θρεπτικών συστατικών και ποικιλία τροφίμων, χωρίς υπερβολές προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, αποτελεί πανάκεια.
