A táplálék minőségének és mennyiségének
lehetséges hatásait különös érdeklődéssel és intenzitással kutatják,
tekintettel az elhízás okozta számos emberi betegségre, és arra,
hogy az iparilag fejlett országokban ez a kérdés napjainkban egyre
nagyobb problémát jelent. Egy patkányokkal végzett modellkísérletben
azt találták, hogy a 45% zsírt tartalmazó táplálékot fogyasztó
patkányok utódai a harmadik generációban nagyobb testűek voltak
azoknál, ahol a nagyszülők táplálékában csak 13,5% volt a zsír (Dunn
– Bale, 2011). Az elhízás miatt megnőtt például a kardiovaszkuláris
megbetegedések valószínűsége is. A vizsgálat érdekessége, hogy az
öröklődés valószínűleg apai úton történt.
A stressznek kitett élőlények másképpen reagálnak
a környezeti hatásokra, például a környezetszennyező anyagok
jelenlétére, mint a stresszmentes környezetben élők. A természetes
populációkat normális életkörülmények között is gyakran éri stressz.
Igen gyakori a ragadozók változó intenzitású jelenléte, ami
nyilvánvalóan kisebb-nagyobb stresszt jelent a prédapopulációk
számára. Jól ismert Rick A. Relyea és Nathan Mills (2001) kísérlete,
amelyben a foltos harántfogúgőte (Ambystoma maculatum) mint ragadozó
jelenlétének hatását tesztelték a tarka levelibéka (Hyla versicolor)
ebihalainak peszticidérzékenységére. Az ebihalakat ráccsal
választották el a ragadozótól, úgyhogy azok nem kerülhettek
közvetlen kapcsolatba velük, de az ebihalak a ragadozóból kiáradó
különböző vegyületeket érzékelhették, vagyis a stresszfaktor jelen
volt a környezetükben. Ennek az lett a következménye, hogy a
carbaryl nevű inszekticid kétszer–négyszer toxikusabbá vált az
ebihalak számára. Ma már számos hasonló eredmény ismert, de a hatás
örökölhetőségéről, öröklődéséről vagy annak menetéről, különösen
annak epigenetikai hátteréről alig van adat.
Ritka kivételt jelent, amikor a Biomphalaria
glabrata csigát az előbbiekhez hasonló kísérletben ragadozó rák
jelenlétének tették ki, majd a petéket ragadozómentes akváriumban
keltették (Plautz et al., 2013). Ez után megvizsgálták az utódok
kadmiumérzékenységét, és azt találták, hogy a stressznek kitett
szülők utódai kevésbé voltak érzékenyek a kadmiumra, vagyis
toleránsabbá váltak azoknál a csigáknál, amelyek szüleit ragadozó
által kiváltott stressz nem érte. Sajnos a jelenség genetikai vagy
epigenetikai háttere nem ismert.
Az ázsiai tigrisszúnyog (Aedes albopictus), ami a
legkülönbözőbb élőhelyekhez remekül alkalmazkodó faj, világszerte
egyre jobban terjed. Az emberi lakóhelyek közelében található
víztartályokban, hordókban, pocsolyákban is ki tud fejlődni, és
számos betegséget, mint például a dengue láz, sárgaláz, különböző
agyhártyagyulladások, terjeszthet. Rendszerint vegyszerekkel
védekeznek ellene. Gyakran alkalmazott szer az imidacloprid nevű
rovarirtó (neonikotinoid), amely a posztszinaptikus
acetilkolin-receptorok stimulálásával fejti ki hatását. Ann-Marie
Oppold és munkatársai (2015) egy laboratóriumi kísérletben
kimutatták, hogy ha a szülő szúnyoggenerációt egy ösztrogénhatású
anyaggal (genistein) vagy egy gombaölő szerrel (vinclozolin)
kezelték (de az utódokat nem), akkor az F1 és F2 generáció
imidacloprid iránti érzékenysége csökkent, ami az emberek
szempontjából nyilvánvalóan kedvezőtlen hatás. Mivel vizsgálták a
DNS metilációs mintázatot is, kiderült, hogy vinclozolin hatására
hipermetiláció következett be. A változás nem bizonyult stabilnak,
mert az F3 generációban már nem volt megfigyelhető. A gyors
epigenetikus változások, mint amilyet az említett kísérlet
kimutatott, részben magyarázhatják az ázsiai tigrisszúnyog gyors és
nagyarányú elterjedését a világon.
A populációk számára káros transzgenerációs
epigenetikai hatások mellett, adaptív változásokat is figyeltek már
meg. Hím patkányok máját széntetrakloriddal kezelték, és a keletkező
sebek gyógyulásának mechanizmusait, azok öröklését vizsgálták. Az F1
és F2 generációkban öröklődő DNS-metilációs és hisztonacetilációs
mintázatokat találtak. Ezek a mintázatok pozitívan korreláltak a máj
PPAR-γ transzkripciós faktorával, amely a sejtek differenciálódását,
valamit gyulladásos folyamatait befolyásolja, és negatívan a TGF-β1
faktorral, amely a sejtosztódást és az immunrendszer működését
gátolja. Arra a következtetésre jutottak, hogy a máj károsodása
(amit toxikus vegyületek vagy mikroorganizmusok is okozhatnak)
adaptív epigenetikai mechanizmusokat aktivál (Zeybel et al., 2012).
Az ökotoxikológiában a kutatások mellett nagy
jelentősége van a hatósági működésnek is, hiszen a hatóságok
minősítik az anyagokat, szabályozzák a forgalmazásukat, állapítják
meg a még elfogadható határértékeket, betiltják a veszélyes anyagok
forgalmazását és így tovább. A hatósági munka, annak következményei
döntő módon befolyásolják, hogy milyen környezetben élhetünk, milyen
minőségű levegőt lélegzünk be, mit ehetünk és így tovább (Rudén –
Hansson, 2010). Új tudományos felfedezések jelentősen
megváltoztathatják a hatósági munka gyakorlatát. Ezért érdemes az
epigenetikai eredmények ökotoxikológiai következményeit ebből a
szempontból is szemügyre venni. Jelenleg ennek a változásnak még a
kezdetén állunk, mert kevés a rendelkezésre álló, megbízható
tudományos eredmény, de a közeljövőben egészen biztosan jelentős
változtatások várhatók ezen a területen is.
A hatósági munka egyik fontos része a környezeti
kockázat becslése. Ennek során először azonosítani kell a veszélyt.
Meg kell állapítani, hogy az adott esetben valóban van-e
epigenetikai jelenség, vagy nincs. Ha van, akkor két ökotoxikológiai
kérdést kell megválaszolni. Az első, hogy van-e dózis-hatás
kapcsolat? A második pedig az expozíció becslése, vagyis a
populációk struktúrájára és/vagy dinamikájára kifejtett szignifikáns
hatás bizonyítása. Végül, a kockázatot kell jellemezni, vagyis meg
kell állapítani, hogy jelent-e tényleges kockázatot a populációra az
epigenetikai változás? Fontos hangsúlyozni, hogy az epigenetikai
változások a xenobiotikumoknak sokkal alacsonyabb koncentrációjánál
jelentkeznek, mint a hatósági szabályozásnál jelenleg elfogadott
reprodukciós és mortalitási adatok (Klaper Thomas, 2004), így az
epigenetikai változások kimutatása már a környezeti károk
megjelenése előtt figyelmeztető jel lehet.
Ha mindezek alapján felmerül a kockázat gyanúja,
akkor a szabályozás felülvizsgálatára és megváltoztatására van
szükség. Az epigenetikai jelenségek figyelembe vétele a jövőben több
fontos hatósági következménnyel járhat. Ezek közül néhány
fontosabbat veszünk most sorra.
Eddig a környezeti hatásokat a szülő populációkon
tesztelték, nem volt szükséges az utódgenerációk vizsgálata. Az új
epigenetikai eredmények nyomán azonban környezeti hatásbecsléskor a
hatásvizsgálat időtartamának kiterjesztése válik szükségessé, az
utódgenerációkat is be kell vonni a vizsgálatokba. A következmények
könnyen beláthatók. Jelentősen megnő a vizsgálatok időszükséglete és
költsége, ha nem egy, hanem emlősök esetében például minimum négy
generációt (P-F3) kell tesztelni.
Mivel epigenetikai jelenségek esetén a
dózis-hatás vizsgálatokban az ok és az okozat kapcsolata időben
szétválik (hatás a szülőre – következmény az utódokra) sokkal
nehezebbé válik a tényleges ok-okozati viszonyok feltárása. Egy
példával világítjuk meg a problémát. A növényvédőszereknél általában
elég jól ismerjük azok hatásmechanizmusait. A dózis-hatás
vizsgálatok során joggal feltételezzük a nagyobb koncentráció
erősebb hatását, mondjuk több plazmamembrán-receptor lekötését
okozza. Transzgenerációs hatás esetében azonban azt is ki kell
deríteni, hogy az öröklődés során milyen epigenetikai mechanizmusok
jelentkeznek. Ezért az ok és az okozat összekötése lényegesen
nehezebb, mint a hagyományos dózis-hatás vizsgálatokban. Szerencsére
a fejlődő tudományo, a rendelkezésre álló vizsgálóeszközök és
bioinformatikai tudás a környezeti epigenetika gyakorlati
alkalmazását is egyre inkább lehetővé teszik.
Az új epigenetikai eredmények nem csupán
problémákat jelentenek az ökotoxikológusok számára, hanem hasznosak
is lehetnek. Amennyiben sikerül egy epigenetikai eseményt, annak
mechanizmusát egyértelműen tisztázni, akkor egy korábban történt
ökotoxikológiai hatást a következményei alapján detektálhatunk majd.
Arról van szó, hogy ha egy eseményt magát nem sikerül megfigyelni,
az utódgenerációkban jelentkező hatások alapján mégis bizonyítani
lehet majd a megtörténtét. Például, ha egy tiltott növényvédelmi
alkalmazás tettenérése nem sikerül, mivel a kezelt populáció egyedei
már eltűntek a tábláról, az utódpopulációkban fellelhető
epigenetikai „ujjlenyomatok” alapján az esemény mégis bizonyítható
lesz majd. Mindennek kemény jogi és gazdasági következményei
lehetnek.
Pillanatnyilag nem világos még, hogy a kismértékű
szennyezések által kiváltott transzgenerációs epigenetikai
jelenségek közül melyik tekinthető károsnak és melyik adaptívnak?
Igen kevés vizsgálat van ezen a területen. Kérdés az is, hogy milyen
kontextusban kell „károsnak”, vagy „adaptívnak” tekinteni egy
jelenséget (Miousse et al., 2015).
Az ökotoxikológusok eddig sem panaszkodhattak
arra, hogy nincs elég feladatuk. Az új epigenetikai kutatási
eredmények azonban számos új kihívást, megoldandó feladatot
állítottak eléjük.
Kulcsszavak: epigenetika, multigenerációs hatás, transzgenerációs
hatás, környezeti kockázatbecslés
IRODALOM
Anderson, Susan – Sadinski, W. –
Shugart, L. et al. (1994): Genetic and Molecular Ecotoxicology: A
Research Framework. Environmental Health Perspectives, 102, Suppl12,
3–8. •
WEBCÍM
Craig, Paul M. – Trudeau, V. L. – Moon,
Thomas W. (2014): Profiling Hepatic MicroRNAs in Zebrafish:
Fluoxetine Exposure Mimics a Fasting Response That Targets
AMP-activated Protein Kinase (AMPK). PloS One 9.4: e95351. DOI:
10.1371/journal.pone.0095351 •
WEBCÍM
Dunn, Gregory A. – Bale, Tracy L.
(2011): Maternal High-fat Diet Effects on Third-generation Female
Body Size Via the Paternal Lineage. Endocrinology, 152, 6,
2228–2236. doi: 10.1210/en.2010-1461 •
WEBCÍM
Green, Rhys E. – Taggart, M. A. –
Senacha, K. R. et al. (2007): Rate of Decline of the Oriental
White-backed Vulture Population in India Estimated from a Survey of
Diclofenac Residues in Caracasses of Ungulates. PLoS ONE, 2(8), e686
DOI: 10.1371/journal.pone.0000686 •
WEBCÍM
Falus András (2015): Mit öröklünk és mit
nem? Perspektíva és realitás. Magyar Tudomány. 176, 6, 674–679. •
WEBCÍM
Ho, Dao H. – Burggren, Warren W. (2010):
Epigenetics and Transgenerational Transfer: A Physiological
Perspective. Journal of Experimental Biology. 213, 1, 3–16. doi:
10.1242/jeb.019752 •
WEBCÍM
Kille, Peter – Andre, J. Anderson, C. et
al. (2013): DNA Sequence Variation and Methylation in an Arsenic
Tolerant Earthworm Population. Soil Biology and Biochemistry. 57,
524–532. doi:10.1016/j.soilbio.2012. 10.014 •
WEBCÍM
Klaper, Rebecca – Thomas, Michael A.
(2004): At the Crossroads of Genomics and Ecology: The Promise of a
Canary on a Chip. Bioscience. 54, 5, 403–412.
doi: 10.1641/0006-3568(2004)054[0403:ATCOGA]2.0.C •
WEBCÍM
Miousse, Isabelle R. – Currie, R. –
Datta, K. et al. (2015): Importance of Investigating Epigenetic
Alterations for Industry and Regulators: An Appraisal of Current
Efforts by the Health and Environmental Sciences Institute.
Toxicology. 335, 11–19. doi:10.1016/j.tox.2015.06.009 •
WEBCÍM
Oppold, Ann-Marie – Kreß, A. – Bussche,
J. V. et al. (2015): Epigenetic Alterations and Decreasing
Insecticide Sensitivity of the Asian Tiger Mosquito Aedes
albopictus. Ecotoxicology and Environmental Safety. 122, 45–53.
doi:10.1016/j.ecoenv.2015.06.036 •
WEBCÍM
Plautz, Stephanie C. – Guest, T. –
Funkhouser, M. A. et al. (2013): Transgenerational Cross-tolerance
to Stress: Parental Exposure to Predators Increases Offspring
Contaminant Tolerance. Ecotoxicology, 22, 5, 854–861. DOI:
10.1007/s10646-013-1056-y •
WEBCÍM
Relyea, Rick A. – Mills, Nathan (2001):
Predator-induced Stress Makes the Pesticide Carbaryl More Deadly to
Gray Treefrog Tadpoles (Hyla versicolor). Proceedings of the
National Academy of Sciences of the USA. 98, 5, 2491–2496. doi:
10.1073/pnas.031076198 •
WEBCÍM
Rudén, Christina – Hansson, Sven Ove
(2010): Registration, Evaluation, and Authorization of Chemicals
(REACH) Is but the First Step-how Far Will It Take Us? Six Further
Steps to Improve the European Chemicals Legislation. Environmental
Health Perspectives. 118, 1, 6–10. doi: 10.1289/ehp.0901157 •
WEBCÍM
Schumpert, Charles Nelson, J. Kim, E. et
al. (2015): Telomerase Activity and Telomere Length in Daphnia. PLoS
ONE. 10(5): e0127196. DOI: 10.1371/journal.pone.0127196 •
WEBCÍM
Song, Chunjuan – Kanthasamy, A. Jin, H.
et al. (2011): Paraquat Induces Epigenetic Changes by Promoting
Histone Acetylation in Cell Culture Models of Dopaminergic
Degeneration. Neurotoxicology. 32, 5, 586–595. doi:
10.1016/j.neuro.2011.05.018 •
WEBCÍM
Vandegehuchte, Michiel B. – Janssen,
Colin R. (2011): Epigenetics and Its Implications for Ecotoxicology.
Ecotoxicology. 20, 3, 607–624. DOI: 10.1007/s10646-011-0634-0 •
WEBCÍM
Vandegehuchte, Michiel B. – Janssen,
Colin R. (2014): Epigenetics in an Ecotoxicological Context.
Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis.
764, 36–45. doi: 10.1016/j.mrgentox.2013. 08.008 •
WEBCÍM
Zeybel, Müjdat Hardy, T. – Wong, Y. K.
et al. (2012). Multigenerational Epigenetic Adaptation of the
Hepatic Wound-healing Response. Nature Medicine, 18, 9, 1369–1377.
doi: 10.1038/nm.2893 •
WEBCÍM
|