Według nowych badań z Niemiec, ojcowie mogą przekazywać swoim dzieciom zwiększoną zdolność uczenia się, wynikającą z aktywności fizycznej i umysłowej, poprzez zmiany molekularne w plemnikach.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym, badacze z niemieckiego Centrum Chorób Neurodegeneracyjnych (DZNE) i Uniwersyteckiego Centrum Medycznego w Göttingen przedstawiają wyniki swoich badań przeprowadzonych na myszach.
Odkryli, że ekspozycja na stymulujące środowisko, bogate w ćwiczenia fizyczne, nie tylko zwiększa zdolność uczenia się u dorosłych samców myszy, ale także przekazuje te korzyści ich potomstwu.
Dalsze badania wykazały, że efekt ten jest przenoszony poprzez zmiany w cząsteczkach RNA w plemnikach ojców.
Naukowcy zidentyfikowali dwie specyficzne cząsteczki mikroRNA – miRNA212 i miRNA132 – które odgrywają kluczową rolę w tym procesie. MikroRNA to cząsteczki, które kontrolują aktywność genów, nie zmieniając przy tym podstawowego DNA.
Nowe badanie dostarcza dalszych dowodów na tzw. «epigenetyczny» proces dziedziczenia, w którym umiejętności mogą być przekazywane następnemu pokoleniu bez modyfikacji DNA.
Dziedziczenie epigenetyczne
W swoim artykule, André Fischer, profesor w Departamencie Psychiatrii i Psychoterapii w DZNE, oraz jego zespół podsumowują najnowsze dowody na «niegenetyczne mechanizmy» dziedziczenia.
Te mechanizmy dotyczą rozwijającej się dziedziny epigenetyki, w której naukowcy gromadzą coraz więcej dowodów na to, że czynniki środowiskowe – takie jak styl życia i dieta – jednego pokolenia mają wpływ na rozwój biologiczny, zdrowie i choroby w następnej generacji.
Mechanizmy epigenetyczne zmieniają ekspresję genów bez modyfikacji DNA. Wpływają na aktywność komórek poprzez włączanie i wyłączanie genów oraz zmianę wzorców produkcji białek.
Ostatnie badania sugerują, że zmiany epigenetyczne mogą być przekazywane przez plemniki. Badania, które zostały niedawno zaprezentowane na konferencji, wykazały, że długotrwałe narażenie na łagodny stres może zmienić plemniki samców myszy w sposób, który wpływa na rozwój mózgu ich potomstwa.
Ćwiczenie i «plastyczność synaptyczna»
Prof. Fischer i jego współpracownicy zauważają, że ćwiczenia fizyczne w połączeniu z kognitywnym szkoleniem – które określają mianem «wzbogacenia środowiska» – zmniejszają ryzyko różnych chorób, w tym tych wpływających na mózg.
Badania na szczurach oraz ludziach wykazały, że wzbogacenie środowiska może zwiększać «plastyczność synaptyczną», która jest kluczowa dla komunikacji pomiędzy komórkami mózgowymi i uznawana jest za biologiczną podstawę uczenia się.
Jednakże, mimo że badania pokazały, że hodowanie myszy w wzbogaconych środowiskach prowadzi do zwiększonej plastyczności synaptycznej u ich potomstwa, pozostaje pytanie, czy ma to miejsce również w przypadku, gdy ekspozycja występuje tylko u dorosłych.
Dodatkowo, mechanizm, poprzez który dziedziczona jest zwiększona plastyczność synaptyczna, wciąż pozostaje słabo poznany, co zauważają autorzy.
W swoich badaniach naukowcy wykorzystali dwie grupy samców myszy. Jedna grupa miała możliwość doświadczyć wzbogacenia środowiska z dużą ilością ćwiczeń przez 10 tygodni, podczas gdy druga grupa pozostawała w «klatkach domowych».
Odkryli, że w porównaniu do myszy w klatkach (kontrolnych), myszy, które doświadczyły wzbogacania środowiska, wykazały «znaczny wzrost» aktywności synaptycznej w hipokampie – obszarze mózgu odpowiedzialnym za uczenie się.
Korzyści są przekazywane przez RNA plemników
W następnej fazie badania, naukowcy wzięli dwie kolejne dorosłe samce myszy i poddali je temu samemu schematowi, a po 10 tygodniach skojarzyli je z samicami w klatkach.
Wyniki zespołu ujawniły, że potomstwo samców myszy, które doświadczyły wzbogacania środowiska w wieku dorosłym, miało również zwiększoną aktywność synaptyczną hipokampa, w porównaniu do potomstwu męskich kontroli.
Autorzy zauważają, że ponieważ matki nigdy nie doświadczyły wzbogacenia środowiska, korzyści musiały zostać przekazane przez ojców.
W dalszych eksperymentach wyekstrahowano RNA z plemników ojców i wstrzyknięto je do zapłodnionych komórek jajowych myszy.
Odkryto, że potomstwo z jaj, które były zapłodnione plemnikami RNA myszy doświadczających wzbogacenia środowiska, «polepszyło plastyczność synaptyczną oraz zdolność uczenia się» w porównaniu z potomstwem z jajeczek zapłodnionych plemnikami RNA od myszy kontrolnych.
Naukowcy doszli do wniosku, że wzbogacenie środowiska, czyli większa aktywność fizyczna i psychiczna w wieku dorosłym, może zwiększyć zdolności poznawcze u potomstwa, a proces ten jest przekazywany przez RNA plemników.
Korzystając z dokładniejszych wstrzyknięć RNA, zespół starał się zidentyfikować konkretne cząsteczki RNA odpowiedzialne za dziedziczenie epigenetyczne zwiększonej zdolności uczenia się. Okazało się, że większość z nich to miRNA212 i miRNA132.
«Po raz pierwszy nasza praca w szczególny sposób łączy zjawisko epigenetyczne z pewnymi mikroRNA.»
Prof. André Fischer
Nowe badania i przyszłość
W 2024 roku, kontynuacja badań nad epigenetyką i jej wpływem na zdolności poznawcze jest niezwykle istotna. W miarę jak nauka posuwa się naprzód, odkrywa się, że nasze nawyki, styl życia i nawet czynniki środowiskowe mają potencjał, aby kształtować przyszłość naszych dzieci.
Najnowsze badania wskazują, że dieta bogata w kwasy omega-3 oraz regularna aktywność fizyczna mogą jeszcze bardziej wspierać rozwój mózgu u potomstwa. Ważne jest, aby rodzice zdawali sobie sprawę z tego, jak ich wybory mogą wpływać na zdrowie i możliwości ich dzieci w przyszłości.
Zrozumienie mechanizmów epigenetycznych otworzy drogę do potencjalnych terapii, które mogą pomóc w zapobieganiu chorobom neurodegeneracyjnym i wspierać rozwój kognitywny. Wiedza ta nie tylko zmienia podejście do wychowania dzieci, ale także może redefiniować nasze spojrzenie na zdrowie publiczne.
