Dokážeme se adaptovat?

Opakovaně slýcháme, že znečištěné životní prostředí poškozuje naše zdraví, přispívá ke vzniku mnoha nemocí a zkracuje náš život. Platí to však vždy? Nedokáže se organismus se škodlivinami vyrovnávat, zvyknout si na ně – adaptovat se?

Adaptace, definovaná jako schopnost přizpůsobit se nové situaci s cílem zvýšit šanci nebo kvalitu přežití, skutečně v biologii existuje (Vesmír 102, 260, 2023/5). Prvně byla experimentálně doložena u bakterií Escherichia coli, kde se projevila zvýšenou odolností vůči opakovanému působení mutagenních látek, pokud byly bakterie nejprve kultivovány v prostředí s nízkými koncentracemi těchto škodlivin. Tato tzv. adaptivní odpověď byla vysvětlena i na molekulární úrovni jako proces založený na zvýšení schopnosti opravy (reparace) DNA stimulovaný nízkými dávkami toxických sloučenin. Později byly obdobné odpovědi pozorované i u dalších, složitějších organismů (rostlin, živočichů).

V lidských populacích je existence adaptivní odpovědi stále zdrojem kontroverze, byly však popsány případy vzniku takové adaptace. Za všechny lze uvést selekci specifických genetických polymorfismů (změn v DNA, které se vyskytují s větší frekvencí než mutace) v populaci obyvatel Argentiny vystavené vysoké koncentraci arsenu v pitné vodě. I když je známo, že je arsen toxický a způsobuje poškození DNA, uvedená populace nevykazuje zvýšenou frekvenci chromozomálních změn, parametru ukazujícího na nežádoucí změny v genetické informaci. Následný výzkum ukázal, že dlouhodobá expozice arsenu vedla v průběhu generací k indukci specifických polymorfismů v genu kódujícím metyltransferázu AS3MT, enzymu podílejícího se na metabolismu této škodliviny. Organismus si tedy vybudoval způsob, jak se vyrovnat s nepříznivými vlivy životního prostředí.

Dosud popsané mechanismy adaptace mají jedno společné – předpokládají změny na úrovni sekvence nukleotidů v DNA, tj. modifikaci genetické informace. Hovoříme o tzv. genetické cestě adaptace, která je obecně spojena s pomalými procesy, jako je indukce mutací nebo selekce konkrétní sady genetických polymorfismů. Tato strategie je charakteristická pro dlouhodobou expozici škodlivému faktoru. Přestože je tento proces trvalý, jeho hlavní nevýhodou, zejména pro pomalu se množící organismy včetně člověka, je jeho velmi nízká rychlost. Většinou trvá mnoho generací.

Alternativní adaptační strategie je dynamičtější, avšak relativně krátkodobá: epigenetická cesta adaptace je založena na tzv. epigenetických změnách. Ty nejsou spojeny se změnou genetické informace a mohou se formovat v průběhu života. Na molekulární úrovni může docházet k vazbě různých chemických skupin, velmi často metylové skupiny CH₃, na molekulu DNA (metylace DNA), případně na histony, proteiny ovlivňující prostorové uspořádání DNA v jádru buněk. Přítomnost těchto chemických skupin ovlivní (zpomalí či zablokuje) transkripci, tj. realizaci genetické informace. Další možností epigenetické regulace je vazba mikroRNA (miRNA, malých molekul RNA s regulační funkcí)¹⁾ na kódující oblasti genů, čímž je ovlivněna intenzita translace (překladu) genetické informace. Epigenetická adaptace umožňuje přizpůsobení se novým, dlouhodobě působícím environmentálním stresorům v relativně krátké době, dokonce i během života jedince.

Každý člověk je během svého života, a to včetně prenatálního vývoje, vystaven řadě faktorů, které ovlivňují jeho zdravotní stav. Ukazuje se, že faktory životního stylu působí i na metylaci DNA, a tím přispívají k epigenetické adaptaci. Změny v dynamice metylace DNA byly např. nalezeny u bývalých kuřáků, stejně jako v souvislosti s pohybovou aktivitou. Naše výzkumy odhalily, že chronická expozice znečištěnému ovzduší má na epigenetickou adaptaci zásadní vliv. Sledovali jsme skupiny osob žijících v lokalitách s různě vysokými koncentracemi škodlivin v ovzduší a hodnotili jsme míru poškození DNA. Obecným předpokladem je nárůst frekvence zlomů v DNA v souvislosti s vyšším znečištěním ovzduší. To jsme však u osob chronicky vystavených vysokým koncentracím škodlivých látek nepozorovali. Na molekulární úrovni jsme pak zjistili změny v intenzitě genové exprese u genů zodpovědných za opravu DNA a současně specifický vzorec metylace DNA. To ukazuje na indukci epigenetické adaptace působením vysokých koncentrací škodlivin v ovzduší. Obdobná pozorování jsme učinili u zaměstnanců, kteří byli při výrobním procesu dlouhodobě vystaveni vlivu nanočástic (částic o průměru menším než 100 nm).

Obecně platí, že znečištěné životní prostředí se na zdravotním stavu člověka negativně podepisuje. Pokud jsou však škodlivé vlivy dlouhodobé a v přijatelné míře, organismus se jim dokáže (částečně) přizpůsobit a mírnit negativní dopady. To však neznamená, že bychom se neměli o svůj zdravotní stav starat a aktivně se škodlivinám vyhýbat.