اما در سالهای اخیر، محققان شروع به فهمیدن این موضوع کرده‌اند که وراثت ژنتیک ممکن است بسیار پیچیده‌تر از اینها باشد.
برای مثال، تجربیات نشان داده‌اند که «تجربیات» یک والد ممکن است منجر به تغییرات مولکولی می‌شود که در توالی DNA رمزبندی نمی‌شوند، اما هنوز می‌توانند به نسل بعد منتقل شوند و روی سلامت و ویژگی‌های رفتاری نسل آینده تأثیرگذار باشند.
یک بررسي بحث برانگیز نشان داد که موش‌ها خاطرات ترس را از پدربزرگ‌های‌شان به ارث می‌برند.
این یافته‌ها در شاخه‌ای به نام اپی‌ژنتیک قرار می‌گیرند و تحقیق‌ها در این زمینه، نتایج وسوسه‌انگیزی را نشان داده است که معروف‌ترین آن به ارث رسیدن تجربه ترس پدربزرگ در موش‌ها است.
تأثیرهای اپی‌ژنتیک برای محققانی که آن را باور دارند، امری بسیار مهم است. سارا کیمینز، محقق اپی‌ژنتیک و زیست‌شناسی تولیدمثل دانشگاه مک‌گیل می‌گوید: «عواقب این پدیده در موضوع سلامت انسان بسیار بزرگ است. نتایج کارها و زندگی شما نه تنها به فرزندان، که به نوه‌های شما نیز منتقل می‌شود.»
اپی‌ژنتیک موضوعی جنجالی است. برخی محققان ادعاهای بزرگی در این زمینه دارند و به عقیده برخی اطلاعات، نظریه‌ها و افکار موجود در این زمینه ضعیف و واهی است؛ اما تعریف درست اپی‌ژنتیک چیست؟
قبل از اینکه تعریفی در رابطه با اپی‌ژنتیک بگوییم، یهتر است اطلاعاتی پس‌زمینه‌ای را در این باره ذکر کنیم.
همه موجودات دارای ژن‌هایی هستند که مانند کتابی راهنما برای ایجاد صفات و عملکردهای مختلف، عمل می‌کنند. برای مثال، ژنوم انسان دارای حدود ۲۱۰۰۰ ژن است.
همه موجودات دارای ژن‌هایی هستند که مانند کتابی راهنما برای ایجاد صفات و عملکردهای مختلف، عمل می‌کنند. برای مثال، ژنوم انسان دارای حدود ۲۱۰۰۰ ژن است.
برخی از نواحی DNA دارای دستورالعملی خاص برای ساخت پروتئین‌های ویژه است و سایر نواحی مشخص کننده زمان و محل ساخت این پروتئین‌ها است.
چگونه ژن‌ها می‌فهمند پروتئینی ویژه را در بخشی از بدن برای سلول‌های ماهیچه‌ای و در بخش دیگر برای سلول‌های عصبی تولید کنند. بخشی از DNA که هدایت این کار را به عهده دارد، به منظور خاموش و روشن کردن ژن‌ها ضرورتاٌ در ارتباط با عوامل محیطی است.
- اپی‌ژنوم در خاموش و روشن شدن ژن‌ها نقش دارد
دانشمندان در اواسط قرن بیستم پی بردند که توالی DNA تنها عامل تعیین کننده عملکرد ژن‌ها نیست. برخی از دستورالعمل‌های صادرشده از اپی‌ژنوم که اساساٌ به صورت مجموعه‌ای از شاخص‌ها و پیام‌هایی شیمیایی است - در میانکنش با DNA هستند و روی فعالیت آن اثر می‌گذارند.
دانشمندان به تأثیرگذاری محیط بیرون روی این شاخص شیمیایی پی برده‌اند. زنبورهای عسل مثال بسیار خوبی از این پدیده هستند. تفاوت بین ملکه و کارگر در زنبورهای عسل در توالی DNA آنها نیست. لاروهایی به ملکه تبدیل می‌شوند که از ژل رویال تغذیه کنند. به نظر می رسد ژل رویال حاوی ترکیباتی است که در تنظیم ژن‌ها دخالت دارد. مثال دیگر تأثیر رژیم غذایی انسان در خاموش و روشن شدن ژن‌های مرتبط با سرطان است.
جنجالی‌ترین بخش این ماجرا در اینجا است که به نظر می رسد پیام‌های اپی‌ژنتیکی محیط می‌توانند از نسلی به نسل دیگر منتقل شوند.
اگر واقعاٌ اینطور باشد، تفاوت بزرگی در تصورات قبلی دانشمندان ایجاد می‌شود.
مدت زمان زیادی است که محققان می‌دانند محیط داخل رحم در رشد جنین مؤثر است. آنها همچنین می‌دانند توالی DNA که قرار است به نسل بعد منتقل شود، می‌تواند به وسیله عوامل محیطی مانند پرتوتابی تغییر کند. اما به نظر نمی‌رسید که عوامل محیطی تغییر‌دهنده اپی‌ژنوم بتوانند به نسل بعد منتقل شوند. (دانشمندان تصور می‌کردند این شاخص‌های اپی‌ژنتیکی درهر نسل پاک می‌شوند و در نسل بعد همه چیز از نو شروع شود.)
وجود این نوع توارث، تصور ما را درباره سلامت تغییر خواهد داد. به این معنی که رژیم غذایی و سایر عوامل محیطی به نسل‌های آینده منتقل می‌شود.
- توارث اپی‌ژنتیکی چه فرقی با توارث عادی دارد؟
شما در مدل ژنتیکی کلاسیک، ژن‌هایی را از پدر و مادر خود دریافت می‌کنید که آنها نیز از پدر و مادر خود دریافت کرده‌اند و این ژن‌ها از نسلی به نسل دیگر به همان شکل باقی می‌مانند -به جز در موارد بسیار نادر جهش‌های تصادفی در ژنوم. در این مدل وراثت امری ثابت و غیرقابل تغییر است.
اما بر اساس توارث اپی‌ژنتیکی، تجربیات فرد می‌تواند تغییرات مولکولی را در بالادست ژنوم او ایجاد کند و این تغییرات مولکولی به نسل بعد منتقل شود.
وراثت اپی‌ژنتیکی لایه دیگری از وراثت است که نشان می‌دهد تجربیات یک فرد می‌تواند نحوه استفاده از ژن‌ها در زاده‌های نسل‌های بعد را تغییر دهد. این امر مغایر با دانسته‌های توارث از زمان داروین و مندل است.
- چرا درباره اپی‌ژنتیک صحبت می‌کنیم؟
اخیراٌ با به کارگیری روش‌های جدید برای یافتن شاخص‌های اپی‌ژنتیکی،جهش بزرگی در همه انواع تحقیقات مربوط به اپی‌ژنتیک صورت گرفته است.
هنوز بحث‌هایی در مورد جزئیات سازوکارهای اپی‌ژنتیکی وجود دارد. هم‌اکنون دانشمندان به دنبال یافتن مولکول‌های متعددی از جنسی غیر از DNA هستند که می‌توانند ژن‌ها را خاموش و روشن کنند (و احتمالاٌ می‌توانند از نسلی به نسل دیگر منتقل شوند).
یکی از سازوکارهایی که بررسی‌های زیادی در رابطه با آن انجام شده است، «تگ»های مولکولی برگشت‌پذیر به نام گروه‌های متیل است که به DNA متصل می شوند و ژن‌ها را خاموش می‌کنند. محققان نشان داده‌اند این گروه‌های متیل نیز قابل توارث هستند.
مولکول‌های متعدد مؤثر دیگری در اپی‌ژنتیک وجود دارند و با یکدیگر ناسازگاری ندارند. برای مثال گروه‌های متیل می‌توانند به همراه سایر مولکول‌های کوچک به پروتئین‌های هیستونی متصل شوند و بر روی نحوه استفاده از ژنی خاص اثر گذارند. همچنین محققان در حال بررسی مولکول‌های دیگر مانند RNAهای کوچک هستند.
- یافته‌های مهم و عملی تحقیقات اپی‌ژنتیکی چیست؟
محققان اپی‌ژنتیک در دهه‌های گذشته با در کنار هم گذاشتن یافته‌های خود، تصور ما در مورد سلامت را به طور قابل توجهی تغییر داده‌اند.
پدرومادربزرگها تجربه‌های خود را به نوه‌های خود منتقل می‌کنند: دنبال کردن سلامت در طول چندین نسل در برخی از بررسی‌های اپیدمیولوژیک نشان می‌دهد تجربه‌های پدرومادربزرگها به حداقل دو نسل بعد از آنها منتقل می‌شود. به نظر نمی‌رسد که این توارث نتیجه رخداد جهش باشد و از نوعی دیگر است.
یکی از این بررسی‌های اپیدمیولوژیک مربوط به جامعه‌ای جدا افتاده در سوئد بود که به دلیل خشکسالی مردم غذای چندانی برای خوردن نداشتند. در این بررسی که نتایج ان در سال ۲۰۰۲ منتشر شد، محققان پی بردند که افراد ۹ تا ۱۲سالهای که در آن زمان دسترسی زیادی به منابع غذایی داشتند، هم‌اکنون دارای نوه‌های پسری با نرخ بالای دیابت و بیماری‌های قلبی هستند. این اثرات بادوام در چند نسل، نشان دهنده وراثت چیزی به غیر از DNA است.
محققان دیگر نشان دادند که نوه‌های زنانی که در زمان قحطی هلند در سالهای ۱۹۴۴ تا ۱۹۴۵ باردار بودند، در هنگام تولد به احتمال بیشتری چاق هستند.
البته این نوع مطالعات اپیدمیولوژیک دارای ضعف‌هایی هم هستند. یکی از این ضعف‌ها این است که نمی‌توان همه این تغییرات را به قحطی نسبت داد. برای مثال شاید افرادی که دوران قحطی را سپری کرده‌اند، کودکان خود را به شیوه متفاوتی پرورش دهند که در نحوه بزرگ کردن فرزندان بعدی این کودکان نیز اثرگذار باشد. (به عبارت دیگر شاید این پدیده به دلیل آموزه‌های اجتماعی باشد، و نه وراثت اپی‌ژنتیکی.)
حیوانات تجربه‌های خود را تا دو نسل منتقل می‌کنند، که شاید به دلیل تغییرات اپی‌ژنتیکی باشد: در بررسی انجام شده به وسیله سارا کیمنز و همکارانش که در دسامبر سال 2013 منتشر شد، نشان داده شد موش‌های آزمایشگاهی نر دارای رژیم غذایی با میزان کم فولات، در DNA اسپرم خود شاخص‌های اپی‌ژنتیکی متفاوتی داشته و زاده‌های آنها در هنگام تولد دارای نقائص بیشتری بوده‌اند.
و در مقاله‌ای که تابستان در ژورنال معتبر Science منتشر شد، نشان داده شد که موش‌های ماده‌ای که در دورانی از بارداری خود تحت شرایط گرسنگی قرار داده شدند، زاده‌هایی با وزن کمتر و مشکلات متابولیک بیشتر ایجاد کردند و همچنین نوه‌های آنها نیز دارای مشکلات متابولیک بودند. همچنین پسرهای این مادرها دارای شاخص‌های اپی‌ژنتیکی متفاوتی در DNA اسپرم خود بودند که نشان دهنده چگونگی وراثت مشکلات سلامت به نوه‌ها است.
شاید جالب‌ترین پژوهش‌ها درباره اپی‌ژنتیک، مقاله ای باشد که در زمستان ۲۰۱۳ به صورت انلاین منتشر شد و نشان می‌داد که خاطرات ترس قابل توارث هستند. محققان دانشگاه اموری موش‌های نر را به گونه‌ای آموزش دادند که بین رایحه‌ای خاص و شوک الکتریکی ارتباط برقرار کنند، بنابراین آنها با استشمام این بو وحشت زده می‌شدند. در کمال ناباوری دانشمندان نشان دادند که این بو زاده‌های دو نسل بعد را نیز وحشت زده می‌کند.
این رفتار حتی در زاده های حاصل از لقاح مصنوعی (IVF) نیز دیده شد (که در آن نسل بعد تحت آموزش والدین خود قرار نمی‌گرفت). اما این بررسی‌ها بحث‌برانگیز است. بسیاری از محققان بخشی از این تحقیق را که مربوط به تغییرات اپی‌ژنتیک در ژن‌های مربوط به گیرنده‌های بویایی است، زیر سؤال برده‌اند.
تجربه‌های دوران کودکی بر روی سلامت دوران بزرگسالی موثر است -احتمالاٌ از طریق تغییرات اپی‌ژنتیکی؛ اینکه تجربه‌های دوران کودکی فردی، سلامت او را در بزرگسالی تحت تأثیر قرار می‌دهد تعجب‌آور نیست. اما بررسی‌ها به دنبال یافتن ارتباطی بین این تأثیرات و شاخص‌های اپی‌ژنتیکی هستند.
در یک بررسی نشان داده شد که موش‌های صحرایی که مادرانشان کمتر به آنها توجه می‌کنند، دارای تغییرات اپی‌ژنتیکی روی ژن مربوط به استرس هستند. در انسان‌ها نیز سوءاستفاده از کودکان در ارتباط با تغییرات اپی‌ژنتیکی است. می‌توان ارتباط معقولی میان بیماری‌های متفاوت مانند سرطان، دیابت و اسکیزوفرنی با شاخص‌های اپی‌ژنتیکی یافت.
- چرا توارث اپی‌ژنتیکی تا این اندازه اهمیت دارد؟
اگر برخی از تجربه‌های زندگی والدین به نسل بعد قابل انتقال باشد، نحوه نگرش ما در ارتباط با موضوع سلامت تغییر بسیاری خواهد کرد؛ یعنی انتخاب‌هایی که والدین انجام می‌دهند، هم بر سلامت خود آنها مؤثر است و هم بر سلامت کودکانشان. همچنین یعنی که استرس‌های محیطی از جمله تغذیه نامناسب حاصل از فقر، تا حدودی قابل وراثت هستند.
جنبه دیگر پی بردن به توارث اپی‌ژنتیکی، جلوگیری یا کاهش آسیب‌هایی است که می‌تواند در ماده ژنتیکی نوشته شود.
- اختلاف نظرها درباره اپی‌ژنتیک
اینکه آیا شاخص‌های ژنتیکی می‌توانند در طول چندین نسل منتقل شوند، بسیار بحث‌برانگیز است. به این نظریه اپی‌ژنتیک فرانسلی (transgenerational epigenetic) می‌گویند. این ایده هنوز کامل نشده است و در ابتدای راه است.
مایکل وایت، ژنتیک‌دان دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن می‌گوید: «مانند روزهای نخستین غرب وحشی است. پیدایش نظریه‌های زیاد حاصل از تکنولوژی و نیاز به زمان برای سر در آوردن از آنها.»
امکان انتقال شاخص‌ها اپی‌ژنتیکی در طول چندین نسل، بحث‌های زیادی را ایجاد کرده است. برخی محققان معتقدند که انتقال اپی‌ژنتیکی در طول چند نسل واقعاٌ وجود دارد. آنها تنها به دنبال سازوکارهای دقیق چگونگی ثبت تجربیات در تخمک و اسپرم و پاک‌نشدن آنها در محیط رحم هستند.
اما به عقیده خیلی‌ها، شواهد کافی برای تأیید انتقال شاخص‌های اپی‌ژنتیک در طول چند نسل وجود ندارد.
تیم بستر، ژنتیک‌دان و محقق مرکز پزشکی دانشگاه کلمبیا می‌گوید: »احتمال انتقال اپی‌ژنتیک در چند نسل غیرممکن نیست، ولی من تا به حال نمونه‌ای مجا‌ب‌کننده ندیده‌ام. منظور من این است که من هیچ تعصبی نسبت به این قضیه ندارم. بررسی‌های فعلی هستند که نمی‌تواند این نحوه وراثت را ثابت کنند.»
- اگر اتفاق بدی برای والدین و اجداد من افتاده باشد،آیا من نیز محکوم هستم؟
ضرورتاٌ اینگونه نیست. اول از همه یادمان باشد که اپی‌ژنتیک در مراحال ابتدایی تحقیقات است. کسی نمی داند تأثیرات اپی‌ژنتیکی در نسل آینده تا چه اندازه است. این تأثیرات شاید خیلی زیاد، یا خیلی کم باشد یا اصلاٌ وجود نداشته باشد.
همچنین به یاد داشته باشیم که برچسب‌های مولکولی اپی‌ژنتیکی قابل برگشت هستند. آنها مانند DNA فرم ثابتی از توارث نیستند. شاید شما برخی برچسب‌های مولکولی را دریافت کنید، اما در طول زندگی خود آنها را با برچسب‌های بهتری جایگذین کنید.
همچنین ممکن است روزی تغییرات رفتاری یا داروها برای بازگرداندن تغییرات اپی‌ژنتیکی ناخواسته به کار آیند. در نتیجه احتمال این وجود دارد که دانشمندان بتوانند شاخص‌های اپی‌ژنتیکی مضر را از DNA افراد خارج کنند.
منبع: Vox
ترجمه: مهسا شیرانی