Czy o naszym zdrowiu i długowieczności decyduje wyłącznie zapis w genach, czy może mamy realny wpływ na to, jak nasz organizm „czyta” instrukcję życia? O rewolucji epigenetycznej rozmawiam z profesorem Tomaszem Wojdaczem – światowej klasy ekspertem badań nad epigenetyką.
Profesor Wojdacz od lat przekłada skomplikowane mechanizmy molekularne na język nowoczesnej diagnostyki nowotworów i medycyny precyzyjnej. Z rozmowy dowiemy się, dlaczego styl życia to potężne narzędzie programowania naszych komórek i jak badania multiomiczne zmieniają oblicze współczesnych szpitali.
Michał Wieczorek: Od kilku lat w świecie nauki i medycyny odmieniamy słowo „epigenetyka” przez wszystkie przypadki. Często słyszymy o rewolucji, która się dokonuje. Co to właściwie oznacza dla przeciętnego człowieka?
Prof. dr hab. n. med. Tomasz K. Wojdacz: Rewolucja ta wynika z faktu, że po latach fascynacji samym sekwencjonowaniem ludzkiego genomu zrozumieliśmy, iż sama znajomość sekwencji DNA nie daje nam wszystkich odpowiedzi. Epigenetyka to nauka o tym, nie jak geny wyglądają, ale jak one działają. Możemy to porównać do instrukcji obsługi: DNA to tekst, a epigenetyka to sposób, w jaki komórka ten tekst odczytuje. To właśnie mechanizmy epigenetyczne decydują o tym, że komórka nerwowa przewodzi prąd, a mięśniowa się kurczy, mimo że obie posiadają identyczny materiał genetyczny.
Zajmujesz się tym tematem od 20 lat. Co przez ten czas najbardziej zmieniło się w naszym podejściu do biologii komórki?
Kluczowy dla rozwoju epigenetyki był postęp technologiczny jaki dokonał się na początku lat 2000 i opracowanie technologii, która umożliwiła nam sekwencjonowanie genomu i epigenomu w zasadzie kilka godzin. Postęp technologiczny w połączeniu z zastosowaniem algorytmów AI do analizy danych doprowadził do prawdziwego przełomu w badanych biologii komórki. W badaniach, które prowadzimy, stosujemy podejście „multiomiczne” (Multi-Omics). Nie patrzymy już tylko na DNA, ale łączymy dane z poziomu epigenomu, RNA, białek i metabolizmu. Generuje to gigabajty danych, których interpretacja bez sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego byłaby niemożliwa. Z jednej tkanki czy komórki pacjenta generujemy miliardy punktów pomiarowych, a pacjent ma ponad 200 różnych rodzajów tkanek i komórek.
Często powtarza się, że za naszą długowieczność geny odpowiadają tylko w 20-30%. Skąd biorą się te liczby i co z pozostałymi 70%?
Te 30% to szacunki oparte na badaniach statystycznych i obserwacji populacji, trzeba tu zaznaczyć, że tak do końca jeszcze nie wiemy w jakim stopniu genetyka odpowiedzialna jest za długość naszego życia, by to określić potrzebujemy więcej danych. Ale w momencie, gdy zaczęliśmy sekwencjonować całe ludzkie genomy okazało się, że w procesie starzenia nie akumulujemy wystarczającej liczby mutacji w komórkach naszego organizmu, by wyjaśnić proces starzenia się organizmu. Te „brakujące” 70% to obszar, na który mamy realny wpływ poprzez nasze wybory i środowisko – to jest właśnie pole działania epigenetyki. Dla mnie jako naukowca to fascynujące, bo oznacza, że większość naszej przyszłości zdrowotnej zależy od nas, a nie od „karty”, którą dostaliśmy w genetycznej loterii.
Skoro mamy na to wpływ, to co konkretnie „psuje” nasz epigenom?
Mechanizmy molekularne potwierdzają to, co podpowiada nam intuicja i logika. Palenie tytoniu, otyłość, brak ruchu czy zła dieta nie zmieniają sekwencji DNA, ale drastycznie zwiększają ryzyko chorób. Dzieje się tak, ponieważ czynniki środowiskowe zaburzają mechanizmy epigenetyczne, prowadząc do dysfunkcji komórek. Co jednak najważniejsze i najbardziej optymistyczne: w przeciwieństwie do mutacji genetycznych, zmiany epigenetyczne są potencjalnie odwracalne. Jeśli zaczniemy zdrowo żyć, nasze mechanizmy epigenetyczne mogą wrócić do normalności, czego najlepszym przykładem jest fakt, że kiedy zaczynamy prowadzić zdrowy tryb życia nasze ryzyko chorób maleje.
Czy te teorie znajdują potwierdzenie w badaniach nad osobami ekstremalnie długowiecznymi? Ostatnio głośno było o 117-letniej Marii Branyas.
Przypadek Marii Branyas jest niezwykle ciekawy, choć musimy pamiętać, że to badanie tylko jednej osoby. Naukowcy wykazali, że jej „zegar epigenetyczny” był młodszy niż wiek chronologiczny. Co intrygujące, w jej DNA nie znaleziono żadnych „super-genów” długowieczności, a jedynie brak negatywnych mutacji sprzyjających chorobom. To sugeruje, że jej organizm zachował wyjątkową sprawność w prawidłowym czytaniu informacji genetycznej.
Wspomniałeś o „zegarach epigenetycznych”. Czy to znaczy, że możemy precyzyjnie zmierzyć, jak szybko się starzejemy?
Zegary te opierają się głównie na metylacji DNA – a metylacja DNA to epigenetyczna modyfikacja DNA, która najprościej mówiąc decyduje czy gen będzie działa czy nie. Zegary epigenetyczne mierzą – znowu upraszczając – liczbę zmian metylacji DNA jaką akumulujemy w ciągu naszego życia. Dzięki temu możemy stwierdzić, iż ludzie w specyficznych warunkach środowiska np. prowadzący taki a nie inny styl życia akumulują więcej lub mniej zmian metylacji. Jeśli więcej to szybciej się epigenetycznie starzeją. Na dzień dzisiejszy zegary epigenetyczne są doskonałym narzędziem do oceny wpływu czynników środowiskowych na nasz organizm, ale na poziomie populacji. Ich precyzyjność na poziomie pojedynczej osoby pozostawia jeszcze wiele do życzenia i wymaga dalszych badań.
Jak ta wiedza z dziedziny epigenetyki przełoży się na konkretne rozwiązania w szpitalach i przychodniach?
Moim zdaniem największym osiągnięciem klinicznych badań epigenetycznych, są testy umożliwiające wczesne wykrywanie nowotworów z diagnostycznej próbki krwi. Jednym z największych wyzwań współczesnej onkologii jest to, że nowotwory najczęściej wykrywamy zbyt późno, dopiero wtedy, gdy doszło już do przerzutów. Wiemy jednak, że wiele nowotworów rozwija się w organizmie przez nawet lata, nie powodując żadnych objawów. Wyobraźmy sobie teraz test, który pozwalałby wykryć nowotwór na bardzo wczesnym etapie, kiedy guz jest jeszcze zlokalizowany i nie rozprzestrzenił się po organizmie. W wielu przypadkach leczenie mogłoby wtedy ograniczyć się jedynie do usunięcia guza, bez konieczności stosowania agresywnych terapii. Tak więc, gdyby udało się opracować prosty test umożliwiający wykrywanie bezobjawowych nowotworów jeszcze przed pojawieniem się przerzutów z diagnostycznej próbki krwi, którą każdy z nas oddaje przynajmniej raz w roku, byłaby to prawdziwa rewolucja w onkologii. Tego typu tesy oparte na markerach epigenetycznych są obecnie w zaawansowanych fazach badań klinicznych.
Czy epigenetyka pomoże nam też lepiej leczyć, gdy diagnoza już padnie?
Zdecydowanie. Już teraz Światowa Organizacja Zdrowia rekomenduje klasyfikację guzów mózgu na podstawie biomarkerów epigenetycznych, ponieważ jest to metoda bardziej precyzyjna niż tradycyjna histopatologia. A precyzyjna klasyfikacja nowotworu to fundament i pierwszy krok do personalizacji leczenia.
Na koniec: czy badania nad odwracaniem procesów starzenia to wciąż fantastyka naukowa?
Moim zdaniem na odmładzanie epigenetyczne przyjdzie nam jeszcze trochę poczekać. Eksperymenty w laboratoriach badawczych, pokazują, że – w dużym uproszczeniu – można „odmłodzić” komórki, cofając zmiany epigenetyczne. Jednak droga z laboratorium i badań nad pojedynczymi komórkami do pacjenta jest bardzo długa i musi być poparta rzetelnymi badaniami klinicznymi. W badaniach naukowych błąd oznacza korektę publikacji, w medycynie – ryzyko dla zdrowia pacjenta. Niemniej jednak, potencjał epigenetyki w profilaktyce i diagnostyce jest już teraz rzeczywistością, z której zaczynamy korzystać.
