Rodząc się, otrzymujemy informacje zapisane w kodzie DNA o tym, kim jesteśmy i instrukcje dotyczące tego, kim możemy się stać. Ewentualne błędy w tym kodzie mogą determinować nasze zdrowie bądź skłonność do chorób. Niektóre ze zmian w DNA są nieodwracalne i prowadzą do chorób genetycznych. Inne mogą zostać nabyte w trakcie życia w wyniku działania szkodliwych dla DNA czynników tzw. mutagenów.
Informacje zawarte w DNA decydują o naszych cechach fizycznych i psychiczno-umysłowych. Przykładowo wpływają na kolor naszych oczu, włosów czy skóry. Część z nich dziedziczymy po matce, a cześć od ojca. Jednak o tym, który gen otrzymamy, decydują już warunki zewnętrzne, w których żyją rodzice. Natura dobiera geny tak, abyśmy byli, jak najlepiej przystosowani do otaczającego nas środowiska. To oznacza, że jeśli mieszkamy w krajach o dużym nasłonecznieniu, prawdopodobnie odziedziczymy geny odpowiadające za ciemniejszą karnację, która naturalnie uchroni nas przed szkodliwym działaniem promieni słonecznych.
Z genotypem wiąże się fenotyp, czyli zespół cech morfologicznych, biologicznych i fizjologicznych organizmu, na które wpływa środowisko. To właśnie oddziaływanie czynników zewnętrznych na genotyp kształtuje następnie cechy fenotypu danej osoby. Badaniem wpływu środowiska na genotyp, a zatem i fenotyp zajmuje się epigenetyka. Według niej, poza samą sekwencją DNA, z którą przychodzimy na świat, o naszym funkcjonowaniu i zdrowiu decydują także czynniki środowiskowe. Wpływają na to, w jaki sposób nasz kod genetyczny będzie odczytywany, czyli która cecha uaktywni się.
Przyjrzyjmy się, jak zbudowane jest DNA oraz jak ingerencja w sekwencje kodu genetycznego może wpływać na nasze zdrowie.
DNA komórkowe i mitochondrialne
DNA inaczej kwas deoksyrybonukleinowy to cząsteczka o budowie podwójnej spiralnie skręconej helisy, złożona z dwóch nici. Zawiera zapisane informacje w postaci genów, które stanowią matrycę do produkcji białek – naszego budulca. Część z tych białek uczestniczy również w procesach regulacyjnych np. w produkcji energii czy trawieniu i wykorzystywaniu składników odżywczych.
Nici DNA zbudowane są z połączonych ze sobą nukleotydów – cząsteczki kwasu fosforowego z jedną z zasad azotowych (adeniną, guaniną, cytozyną lub tyminą). Zasady azotowe ułożone są komplementarnie, co oznacza, że jeżeli po jednej stronie nici DNA znajduje się np. adenina, to po drugiej powinna znaleźć się tymina, z kolei, jeżeli po jednej stronie nici DNA występuje cytozyna, to po drugiej – guanina. Ilość kombinacji sekwencji DNA jest nieograniczona. W ten sposób każdy z nas posiada inny charakterystyczny dla siebie kod informacyjny. Zarówno pod względem fizycznym, jak i psychiczno-umysłowym. Dlatego – w przypadku problemów ze zdrowiem – każdy z nas wymaga również nieco innego sposobu terapii.
W organizmie DNA zlokalizowany jest w jądrze każdej komórki, ale występuje także w mitochondriach. W macierzy każdego mitochondrium znajduje się od 4 do 10 cząsteczek DNA o kulistym kształcie. Odpowiada za kodowanie 37 genów, część z nich koduje informacje na temat białek łańcucha oddechowego odpowiadającego za produkcję energii.
W odpowiedzi na różne czynniki zewnętrzne, nasze DNA podlega zmianom, które mają za zadanie optymalne dostosowanie funkcjonowania naszego organizmu do nowych warunków. Istnieją również czynniki, które powodują uszkodzenia DNA i zakłócają prawidłowe przemiany w organizmie takie jak produkcja białek czy enzymów, wpływając na nasz metabolizm. Te niekorzystne zmiany mogą prowadzić do rozwoju chorób.
Mutacje DNA a choroby
Nasze DNA oraz związane z nim zjawisko mutacji genetycznych wpływa na wszystkie narządy, układy narządów oraz procesy zachodzące w organizmie. Mutacje to zmiany w sekwencji DNA, które prowadzą do zmian aminokwasów tworzących białko. Zamiana choćby jednej zasady azotowej wpływa na proces ekspresji informacji genetycznej i powoduje powstanie zupełnie innego białka i w konsekwencji zupełnie inne jego działanie na organizm.
Mutacje mogą występować zarówno w DNA jądrowym, jak i DNA mitochondrialnym. W DNA jądrowym wyróżniamy mutacje punktowe (dotyczące pojedynczych genów) lub mutacje wielu genów. Polegają one np. na zmianach
w strukturze genów lub chromosomów albo ich utracie. Zmiany te mogą być dziedziczone u potomstwa. Do najczęstszych chorób genetycznych wynikających z mutacji w DNA jądrowym należą: zespół Downa, fenyloketonuria, choroba Huntingtona (pląsawica Huntingtona), mukowiscydoza, zespół Klinefeltera, zespół Turnera czy zespół Williamsa.
Mutacje w mitochondrialnym DNA również mogą być dziedziczone, ale zasadniczo tylko po stronie matki. Do tej pory opisano ponad 250 patogennych mutacji w obszarze mitochondrialnego DNA. Częstość mutacji mitochondrialnego DNA jest od 10 do 20 razy większa niż częstość mutacji DNA jądrowego, ponieważ jest ono pozbawione histonowej otoczki ochronnej przed mutagennym działaniem rodników tlenowych wytwarzanych w mitochondriach na drodze przemian fizjologicznych. Do najczęściej występujących należą mutacje punktowe genów kodujących mitochondrialne tRNA, powodujące np. zespół MELAS (ang. skrót od słów: mitochondrial myopathy, encephalopathy, lactic acidosis, stroke-like episodes, czyli miopatia mitochondrialna, encefalopatia, kwasica mleczanowa, występowanie incydentów podobnych do udarów) czy też zespół MIDD (dziedziczona po matce cukrzyca z głuchotą).
Choroby mitochondrialne o podłożu genetycznym nazywane są mitochondriopatiami pierwotnymi. Mogą być wywołane przez jedno z dwóch podstawowych zjawisk:
- mutacja w obrębie mtDNA,
- mutacja genów kodujących substancje (enzymy, kofaktory) biorące udział w mitochondrialnych przemianach metabolicznych. Klasycznym przykładem jest tutaj mutacja genów związanych ze szlakiem przetwarzania koenzymu Q10 czy też któregoś z enzymów łańcucha oddechowego. Mutacje te prowadzą do wystąpienia wielu różnych zespołów chorobowych, chociażby zespołu Leigha.
Nie wszystkie choroby genetyczne są dziedziczone. Niektóre są spowodowane nową mutacją, która miała miejsce w komórce jajowej albo plemniku jeszcze przed zapłodnieniem. Istnieją także mutacje wywołane przez czynniki środowiskowe takie jak stres, szkodliwe substancje w tym nadmiar reaktywnych form tlenu i wolnych rodników. Związki te mogą uszkadzać mitochondrialne DNA, powodując powstawanie mitochondriopatii wtórnych. Czynniki te skutkują spadkiem wytwarzanej przez mitochondria energii. Stopień uszkodzenia decyduje o tym, jak ciężkie objawy wystąpią.
Jak widzimy DNA to niezwykle cenna struktura, której mutacje możemy nabyć także w trakcie życia. Jednak w tym przypadku mamy realny wpływ na to, czy okaże się ona szkodliwa. Możemy im skutecznie zapobiegać poprzez ograniczanie kontaktu ze szkodliwymi czynnikami środowiska oraz wybór odpowiedniego stylu życia: aktywność fizyczną, dietę i suplementację.
Autor: Paulina Żurek