Гените на човека и на граха са почти еднакви

Учени търсят отговор на въпроса защо тогава сме толкова различни

Доц. Милена Георгиева изследва механизмите
на стареене на клетките

Пътят към науката при доц. Милена Георгиева минава през един ангажимент да превежда на чужденци, дошли на визита у нас. Как става това? Навремето тя завършва Английската eзикова гимназия „Д-р Петър Берон“ – Кюстендил, където е родена. Още в XI клас претегля различни опции за кандидатстване. Има интерес към история и литература и се насочва към правото. Но случайно ѝ се налага да превежда на американски лекари, дошли на посещение в болницата в родния ѝ град. Това преобръща нещата. Тя усеща, че интересът ѝ към медицината и идеята да помага на хората, са много силни. И пренасочва вниманието си към биология и химия. Кандидатства медицина, но не я приемат – попада във випуск, където 10 души се борят за 1 място. Така записва биология в Софийския университет.
„Завърших като магистър по клетъчна биология и ембриология – казва тя. – След това започнах работа в Института по молекулярна биология, където съм и до момента. Още с първите си стъпки като млад асистент разбрах, че след 5-годишното си обучение не знам нищо, и започ-
нах всичко наново.“
Екипът, в който попада, се занимава с гени, наследственост, генна експресия, клониране на гени, изследване на различни молекулни механизми в клетките. Времето, в което започва кариерата си като млад учен, съвпада с разчитането на човешкия геном – началото на това хилядолетие. Това дава изключителен тласък на самата генетика, която почва да се развива с космически темпове.
„Натрупаха се много данни за ДНК, за нашата наследственост – подчертава доц. Георгиева. – Разбрахме, че имаме малко като брой гени – само 22 000, на фона на сложността на човешкия организъм. Започнахме да се замисляме какво се случва и кои са механизмите, които ни правят различни от шимпанзето или от едно грахче, което има почти същия брой гени.
А една мишка е с 23 000 гена!
Очевидно, гените имат начин, по който се изявяват и работят. Започнаха масови сравнителни генетични анализи между човека и шимпанзето, между човека и други видове на земята. Установи се, че разликата на генетично ниво е много малка. Докато разликите в начина, по който се изявява наследствеността, са големи дори и при генетично еднакви индивиди.“
Работата на учения се фокусира върху тези молекулни механизми, които определят как, кога и защо гените работят различно. Оказва се, че дори при индивиди с еднаква генетика, каквито са еднояйчните близнаци, тя се проявява при всеки един от тях различно. И след време в зависимост от условията на живот близнаците понякога започват да се различават много сериозно. Това означава, че генетиката не е определяща на 100% за нашето развитие.
Доц. Георгиева проучва молекулния механизъм, по който факторите на средата, като хранене, физическа активност, излагане на различни стресови условия, влияят върху изявата на гените в различни моделни системи. Основният фокус в нейните изследвания е в сферата на стареенето и по-специално фините интимни механизми на протичането на този процес на всички нива: молекулно, клетъчно, тъканно, органно и организмово. Интересът е към търсене на отговори с подходите на съвременната биологична наука, свързани с изследване в дълбочина на процесите на биологично стареене в нашите клетки и защо едни и същи индивиди на една и съща хронологична възраст имат различна биологична възраст – единият организъм е по-млад като биологични системи, другият по-възрастен.
„И тук епигенетиката има голям принос – уточнява доц. Георгиева. – Тоест, ако сме наследници на т.нар. гени на дълголетието, въпреки че няма такива, но ако имаме една блестяща генетика и я поставим във вредни условия на живот, нейната изява ще бъде компрометирана на 100%.
И обратното – ако дадена генетика има някакви мутации, които ни предразполагат към несправяне с различни видове стрес, но пък е поставена в оптимални условия, нейните шансове да се изяви по-добре от другата, са много по-големи. Т.е. факторите на средата определят над 80% начина, по който гените работят.“
Учените разработват подходи за забавяне на биологичното стареене, като използват различни природни източници на биологично активни съединения, за да контролират и моделират този процес. Те изследват начина, по който се превключва скоростта на работа на гените при влияние на различни стресови фактори като UV лъчите. Те идват от слънчевата енергия, минават през слоевете на атмосферата, достигат до нашата кожа и са основният фактор за нейното стареене.
Учените проучват фините молекулни механизми на клетъчното стареене върху различни
моделни системи.
Търсят начина, по който дадено съединение достига до нашите клетки, прониква в тях и взаимодейства със системите вътре. Учените се интересуват достига ли това съединение до нашите гени и до ДНК, която се намира в ядрото на клетката, и дали предизвиква мутации.
„В сферата на биологията почти всеки ден е изненада, защото в нашата област 1+1 в повечето случаи не е равно на 2 – категорична е доц. Георгиева. – Обикновено очакваме едно въздействие върху биологичните системи и модели, а става нещо коренно различно. И всеки индивид има своя индивидуален отговор. Така учените, образно казано, тръгваме в една посока по джипиеса – т.е. даден проект ни води към определен очакван резултат. Но междувременно се появява задръстване, налага се да се мине по друг, заобиколен път. Това удължава времето за научните изследвания, но пък се откриват нови играчи в картината на стареенето и човек си казва: това може да е потенциална цел за една терапия и ако нямаше задръстване и пренасочване на изследванията в друга посока, нямаше да узнаем това. Така че при нас всеки ден е различен. Това е хубаво и лошо, защото винаги ни държи в напрежение.“
А защо сме по-сложни от мишките, които имат повече гени?
„На този въпрос отговор търси науката епигенетика (надгенетика)“, казва доц. Георгиева. Тя изследва предаването на наследствена информация, която не е кодирана в гените. Това са тези молекулни механизми, които карат гените да работят различно. Тази епигенетика предаваме на нашите деца преди още да са заченати. Тя е заложена в половите клетки и зависи от начина на живот на индивидите. Дори деца, които не са злоупотребявали с алкохол, ако техният баща преди това е имал такива вредни навици, често новороденото поколение носи „синдрома на алкохолизма“. Гените не са се променили, а са се променили механизмите, довели до химическото им маркиране по определен начин. Това прави ефективността на тяхната изява при тези деца по-различна от работата им при деца на родители, които живеят здравословно. Сложността на човешкия организъм се крие в неговите епигенетични механизми – т.е. зависи от факторите на средата, от начина на живот, от социума и общуването между индивидите. Епигенетиката е мостът между нашите гени и заобикалящата ни среда. И комбинацията между гените и начина, по който тази наследственост работи, зависи от нашите ежедневни избори, като начин на хранене, физическа активност, податливост на стрес и други.

Техники за забавяне на наследствените заболявания

„Когато говорим за наследствени заболявания, за съжаление, трябва да сме наясно, че те засягат почти всички клетки в организма – т.е., когато индивидът е роден с такова заболяване, не е невъзможно това да се коригира на по-късните етапи от индивидуалното развитие – подчертава доц. Георгиева. – Но с познаване на молекулните механизми и факторите на средата и на начина, по който те влияят върху изявата на тези гени, възможностите палиативно да се подобри животът на тези хора, е нещо реално и това са неща, които се случват в съвременната наука и медицина дори в момента. Учените непрекъснато намират нови начини да помагат даденото заболяване да се забави, да има по-слаба изява. В повечето случаи, когато става дума за генетични заболявания, това е единственото решение.
В момента съвременната генетична наука притежава много прецизен механизъм за редакция на гени. През 2020 г. Нобелова награда по химия получиха Еманюел Шарпентие и Дженифър Даудна за откритието си, което позволява генетичният код да бъде променен, да се „редактира“. Идеята е, когато се предвижда създаване на поколение от родители с компрометирана генетика, да се направи предимплантационен скрининг на половите клетки и ако няма друг начин, да се прибегне до техники за редакция на този геном, за да може още на ниво няколко клетки те да бъдат с поправена генетика. Много сме далеч от практическото приложение на това нещо, но то стои на дневен ред и се дискутира от чисто морална гледна точка – дали да редактираме ембриони, как да ги редактираме. Все още всичко е на експериментално ниво, забранена е работата с човешки ембриони, от които да се роди нов индивид, но се работи много активно в тази посока. Такива техники се използват и за превключване часовника на стареенето – т.е. да се експресират точно определени или дори допълнително внесени в клетката гени, които да подмладят организма. Всякакви техники от сферата на молекулярната биология се ползват в различни други области – за справяне с генетични заболявания, с онкозаболявания, с болести, свързани със стареенето, като невродегенеративни – алцхаймер, деменция, паркинсон. Подобни неща се случват с депресиите – познаването на молекулните механизми, които водят до подобна невропатология, може да помогне за създаване на терапии за тези заболявания, свързани със сезоннодепресивните състояния.“