Епигенетика и бременност - как средата оформя бъдещето на детето още преди раждането

Какво е епигенетиката?

Гените не са съдба. Дълго време се е смятало, че нашият живот е „записан“ в гените ни – че нашата ДНК определя кои сме, как ще изглеждаме и от какви болести ще страдаме. Съвременната наука обаче показва, че това не е цялата истина. Епигенетиката разкрива, че начинът ни на живот, храненето, стресът и средата, в която живеем, могат да влияят върху това как гените ни работят, без да променят самата молекула ДНК (1,2). Думата епигенетика идва от гръцки и означава „над гените“. Епигенетичните механизми действат като „превключватели“, които могат да “включват” или “изключват” определени гени в зависимост от външни и вътрешни сигнали (1). Казано по-просто, имаме „генетична книга“, но епигенетиката решава кои страници ще бъдат прочетени. Най-важните епигенетични механизми са:

• ДНК метилиране – добавяне на малки химични „етикети“, които потискат гените
• Модификации на хистоните – промени в начина, по който ДНК е „опакована“
• Малки РНК молекули, които регулират генната активност

Тези механизми действат като ключове, които регулират силата и времето на действие на гените (3).

Защо епигенетиката е толкова важна?

1. Обяснява защо хора с еднакви гени са различни

Еднояйчните близнаци имат еднаква ДНК, но с времето могат да развият различни заболявания, характер или дори външен вид. Причината е, че епигенетичните им профили се променят различно в зависимост от средата и начина на живот (4).

2. Свързва начина на живот със здравето

Научни изследвания показват, че фактори като хранене, физическа активност, стрес, сън, токсини и др. могат да променят епигенетичните „настройки“ на гените и да повлияят риска от заболявания като диабет, сърдечно-съдови болести, депресия и рак (2,5).

3. Показва защо бременността е толкова критичен период

По време на бременността епигеномът на плода е изключително чувствителен. Средата в утробата „дава инструкции“ на гените как да се държат след раждането. Това е причината храненето, стресът и грижата за майката да имат дългосрочно значение за здравето на детето (6).

4. Обяснява как преживяванията „оставят отпечатък“

Стрес, травма, глад или силно преживяване в ранните етапи на живота могат да оставят епигенетични следи, които влияят на поведението и на емоционалната регулация дори в зряла възраст (7).

5. Дава надежда - много епигенетични промени са обратими

За разлика от генетичните мутации, епигенетичните промени не са окончателни. Това означава, че промяна в хранителните навици, спорт, управление на стреса, подкрепяща среда могат да „пренастроят“ генната активност в по-здравословна посока (5,8). Една често използвана метафора е: „Гените са клавишите на пиано, а епигенетиката е музиката, която свирим. Пианото е едно и също, но мелодията зависи от това как и кога натискаме клавишите“. Епигенетиката променя начина, по който гледаме на здравето, наследствеността и отговорността към себе си и следващите поколения. Тя ни показва, че не сме просто продукт на гените си, а активни участници в начина, по който те се проявяват. Това знание не цели да създава вина, а осъзнатост и възможност за промяна – на лично, семейно и обществено ниво. Изследвания през последните десетилетия потвърдиха важната роля на епигенетиката по време на бремеността - период, в който епигенетичните механизми имат особено значение, тъй като тогава се формират основите на развитието, здравето и дори поведението на бъдещия индивид (9). По време на ембрионалното и феталното развитие настъпват масивни епигенетични промени. Именно тогава клетките получават „инструкции“ в какъв тип тъкан да се превърнат и какви функции да изпълняват (10). Съществува концепция, според която условията в утробата могат да предопределят риска от заболявания в зряла възраст, включително диабет, затлъстяване и сърдечно-съдови болести (11).

Кои фактори оформят епигенетичния профил на плода по време на бремеността?

Стрес, хормони и психоемоционално състояние

Психологическият стрес на майката оказва значително влияние върху епигенетиката на плода. Повишените нива на кортизол по време на бременност могат да променят експресията на гени, свързани с хипоталамо-хипофизо-надбъбречна ос, което може да доведе до повишена тревожност и стресова чувствителност при детето (12). Изследванията показват, че деца на майки, преживели силен стрес по време на бременност, имат различен епигенетичен профил на гените, свързани с регулацията на стреса (13).

Влияние на токсини и начин на живот

Излагането на токсини като тютюнев дим, алкохол, пестициди и тежки метали по време на бременността може да доведе до неблагоприятни епигенетични промени (14). Например пушенето по време на бременност е свързано с епигенетични промени на гени, участващи в развитието на белите дробове и имунната система (15). Физическата активност и качественият сън, от друга страна, се асоциират с благоприятни епигенетични профили както при майката, така и при плода (15).

Трансгенерационни ефекти

Една от най-интригуващите теми в епигенетиката е възможността за трансгенерационно унаследяване - някои епигенетични промени, възникнали по време на бременността, могат да се предадат не само на детето, но и на следващите поколения (16). Това означава, че здравето и начинът на живот на бременната жена могат да имат отражение далеч отвъд нейния собствен или този на нейното дете животи. Макар тази област все още да се изследва активно, натрупващите се данни подчертават значението на здравословната среда по време на бременността. Епигенетичните промени, индуцирани от храненето на майката, могат да повлияят риска от развитие на хронични заболявания в по-късна възраст, включително сърдечно-съдови болести, метаболитен синдром и някои неврологични разстройства (17). Това превръща храненето по време на бременност в ключов фактор за превенция, а не просто в средство за покриване на енергийните нужди.

Епигенетика и хранене по време на бременност

Храненето на майката по време на бременност е един от най-мощните фактори, влияещи върху епигенетиката на плода. В този период организмът на развиващия се ембрион е изключително чувствителен към наличието или дефицити на хранителни вещества, тъй като именно тогава се изграждат ключови метаболитни, ендокринни и имунни пътища (17,18). Известен пример за това е т.нар. Холандски глад (Dutch Hunger Winter), при който деца, заченати по време на глада през Втората световна война, показват трайни епигенетични промени и повишен риск от метаболитни заболявания (19). Епигенетичните механизми действат като биологичен посредник между хранителната среда в утробата и дългосрочната работа на гените, свързани със здравето и болестите.

Едновъглероден метаболизъм и ДНК метилиране

Централна роля в епигенетичните процеси играе едновъглеродният метаболизъм. Този процес зависи пряко от приема на определени микронутриенти, сред които фолиева киселина, витамин B12, витамин B6, холин и метионин (20). Недостатъчният прием на тези вещества може да доведе до нарушено функиониране на гени, участващи в клетъчната диференциация и органогенезата. Изследвания показват, че адекватният прием на фолиева киселина по време на бременността не само намалява риска от дефекти на невралната тръба, но и оказва благоприятно дългосрочно влияние върху епигенетичния профил на детето, включително върху гени, свързани с растежа и неврологичното развитие (18).

Калориен баланс и метаболитно програмиране

Както недохранването, така и прекомерният калориен прием по време на бременност могат да доведат до неблагоприятни епигенетични адаптации. При недостиг на енергия организмът на плода може да „програмира“ метаболизма си за икономично използване на ресурсите, което в условия на изобилие след раждането увеличава риска от затлъстяване и диабет тип 2 (11). Този феномен е ясно илюстриран от проучванията при хора, изложени на недохранване още в утробата – налице са трайни промени в гена IGF2, ключов за растежа и развитието дори десетилетия по-късно, в зряла възраст (19). Това демонстрира как хранителната среда по време на бременност може да остави „епигенетична памет,“ която се запазва през целия живот.

Качество на храната и макронутриенти

Не само количеството, но и качеството на храната има значение за епигенетичното програмиране. Диети с високо съдържание на наситени мазнини и рафинирани захари са свързани с промени в експресията на гени, регулиращи апетита, липидния метаболизъм и инсулиновата чувствителност (21). От друга страна, диети, богати на полиненаситени мастни киселини, особено омега-3, могат да оказват ефект върху епигенетичните механизми, участващи в развитието на мозъка и противовъзпалителните процеси (22). Омега-3 мастните киселини повлияват регулацията на гени, свързани с неврологичното развитие.

Фитохимикали и биоактивни съединения

Нарастващ интерес предизвиква ролята на биоактивните хранителни компоненти като полифеноли, флавоноиди и изотиоцианати. Тези съединения, съдържащи се в плодове, зеленчуци и зелен чай, могат да влияят положително върху епигенетичната регулация (13). Въпреки че по-голямата част от тези данни произхождат от експериментални животински модели, те подкрепят хипотезата, че разнообразното и балансирано хранене по време на бременността може да има защитен епигенетичен ефект.

Хранителни вещества по време на бременност и епигенетични ефекти

Хранителните вещества, приемани по време на бременност, действат като регулатори на епигенетичните механизми, които контролират генната експресия в развиващия се плод. Така те могат да имат дългосрочни последици за здравето на детето (18). Дисбалансът в приема им по време на бременност може да доведе до трайни промени в генната експресия (17). Особено показателни са данните от епидемиологични и експериментални изследвания, които демонстрират, че дори временен хранителен дефицит по време на критични периоди от бременността може да остави дълготрайни епигенетични „отпечатъци“ (19). Това подчертава значението не само на адекватния, но и на качествения и балансиран хранителен режим.

В продължението четете как храната, спортът и пренаталното обучение влияят епигенетично на плода. 

Използвани научни източници: 

1. Jaenisch R, Bird A. Epigenetic regulation of gene expression. Nature, 2003.
2. Meaney MJ. Epigenetics and the biological definition of gene–environment interactions. Child Development, 2010.
3. Moore LD et al. DNA methylation and its basic function. Neuropsychopharmacology, 2013.
4. Fraga MF et al. Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. PNAS, 2005.
5. Lillycrop KA, Burdge GC. Maternal diet and epigenetic regulation. Proceedings of the Nutrition Society, 2012.
6. Barker DJP. The developmental origins of adult disease. J Am Coll Nutr, 2004.
7. McGowan PO et al. Epigenetic regulation of the glucocorticoid receptor in human brain. Nat Neurosci, 2009.
8. Feinberg AP. The key role of epigenetics in human disease prevention. JAMA, 2018.
9. Gluckman, P. D., et al. (2011). Developmental origins of health and disease. The Lancet.
10. Reik, W., et al. (2001). Epigenetic reprogramming in mammalian development. Science.
11. Barker, D. J. P. (2007). The origins of the developmental origins theory. Journal of Internal Medicine.
12. Meaney, M. J., & Szyf, M. (2005). Environmental programming of stress responses. Nature Neuroscience.
13. Oberlander, T. F., et al. (2008). Prenatal stress and epigenetics. Neuropsychopharmacology.
14. Feil, R., & Fraga, M. F. (2012). Epigenetics and the environment. Human Molecular Genetics.
15. Joubert, B. R., et al. (2016). DNA methylation in newborns and maternal smoking. Environmental Health Perspectives.
16.  Skinner, M. K. (2014). Environmental epigenetics and transgenerational inheritance. Epigenetics.
17. Gluckman, P. D., Hanson, M. A., Cooper, C., & Thornburg, K. L. (2011). Effect of in utero and early-life conditions on adult health and disease. The New England Journal of Medicine, 359(1), 61–73.
18.  Waterland, R. A., & Michels, K. B. (2007). Epigenetic epidemiology of the developmental origins hypothesis. Annual Review of Nutrition.
19. Heijmans, B. T., et al. (2008). Persistent epigenetic differences associated with prenatal exposure to famine. PNAS.
20. Niculescu MD, Zeisel SH. Diet, methyl donors and DNA methylation: interactions between dietary folate, methionine and choline. J Nutr. 2002 Aug;132(8 Suppl):2333S-2335S. doi: 10.1093/jn/132.8.2333S. PMID: 12163687.
21. Lillycrop, K. A., & Burdge, G. C. (2011). Epigenetic mechanisms linking early nutrition to long-term health. Best Practice & Research Clinical Endocrinology & Metabolism, 26(5), 667–676.
22. Innis, S. M. (2007). Dietary (n-3) fatty acids and brain development. The Journal of Nutrition, 137(4), 855–859.
23. Zeisel, S. H. (2011). The supply of choline is important for fetal progenitor cells. Seminars in Cell & Developmental Biology, 22(6), 624–628.
24. Waterland, R. A. (2006). Epigenetic mechanisms and gastrointestinal development. The Journal of Nutrition, 136(7), 1825–1829.
25. Georgieff, M. K. (2007). Nutrition and the developing brain: nutrient priorities and measurement. The American Journal of Clinical Nutrition, 85(2), 614S–620S.
26. Holick, M. F. (2007). Vitamin D deficiency. The New England Journal of Medicine, 357(3), 266–281.
27. Waterland RA, Jirtle RL. Transposable elements: targets for early nutritional effects on epigenetic gene regulation. Mol Cell Biol, 2003.
28. Blom HJ et al. Folate deficiency and neural tube defects. Am J Clin Nutr, 2006.
29. Kitajka K et al. Dietary omega-3 fatty acids influence gene expression. PNAS, 2002.
30. Hardy TM, Tollefsbol TO. Epigenetic diet. Mol Nutr Food Res, 2011.
31. Franco R et al. Oxidative stress and epigenetics. Antioxid Redox Signal, 2008.
32. Langley-Evans SC. Fetal programming of cardiovascular function. J Nutr, 1999.
33. Gluckman PD et al. Epigenetic mechanisms that underpin metabolic and cardiovascular diseases. Nat Rev Endocrinol, 2009.
34. Barrès R et al. Exercise-induced epigenetic changes in human skeletal muscle. Cell Metabolism, 2012.
35. Denham, J. (2018). Exercise and epigenetic inheritance. Sports Medicine.
36. Stanford KI et al. Maternal exercise improves glucose metabolism in offspring. Diabetes, 2017.
37. Mourtakos SP et al. Maternal physical activity and offspring obesity. Sports Med, 2015.
38. Gómez-Pinilla F, Hillman C. The influence of exercise on cognitive abilities. Nat Rev Neurosci, 2013.
39. Glover V. Maternal stress and fetal programming. J Neuroendocrinol, 2011.
40. Baker LD et al. Effects of intense physical stress on epigenetic regulation. Physiol Rev, 2018.
41. Murashov AK et al. Exercise-induced epigenetic changes transmitted to offspring. FASEB J, 2016.
42. Hepper PG. Fetal memory: Does it exist? Dev Med Child Neurol, 1996.
43. Partanen E et al. Learning-induced neural plasticity of speech processing before birth. PNAS, 2013.
44. Lecanuet JP et al. Fetal sensory development. Dev Psychobiol, 1995.
45. Granier-Deferre C et al. Fetal memory of music. Infant Behav Dev, 2011.
46. DeCasper AJ, Fifer WP. Of human bonding: Newborns prefer their mother’s voices. Science, 1980.
47. Monk C et al. Maternal mindfulness and fetal development. Dev Psychobiol, 2015.
48. Karpova NN. Role of BDNF epigenetics in brain plasticity. Neuroscience, 2014.
49. Chang MY et al. Effects of music therapy on stress during pregnancy. J Clin Nurs, 2015.
50. Patel AD. Music, language, and the brain. Oxford University Press, 2008.