DNA-methylatie, genexpressie en transgenerationele effecten na blootstelling van Daphnia magna aan toxische stress

HEEFT ONZE OMGEVING EEN INVLOED OP ONS ERFELIJK MATERIAAL?

De laatste paar jaren werd iedereen om de oren geslagen met het broeikaseffect. De aarde warmt op en de mens heeft daar de schuld aan. Behalve dat er op dit gebied dringend doortastende maatregelen genomen moeten worden, heeft het er ook voor gezorgd dat we ons meer bewust werden van het ons overal omgevende milieu. We zijn gaan inzien dat we er voorzichtiger met moeten omspringen, dat het ook grenzen heeft die we beter niet overschrijden. Tot daar het voor de meeste onder ons bekende deel. Wat veel minder mensen weten is dat er reeds decennia lang onderzoek gebeurt naar milieuvervuiling, hoe we het kunnen opsporen en in kaart brengen, hoe we de schade kunnen vaststellen en voorspellen. Een belangrijk deel van dat onderzoek richt zich op de zogenaamde micropolluenten, zoals metalen, pesticiden en allerlei andere organische stoffen…

In zijn scriptieonderzoek combineerde Dieter De Coninck dit “klassieke” milieutoxicologische onderzoek, waarin men de laatste decennia veel ervaring heeft opgebouwd, met een nieuwere tak van de genetica. Een tak waarin men veel minder ervaring heeft en waarvan men langzaam aan meer en meer de ingrijpende gevolgen begint te begrijpen: de epigenetica.

Waar ”klassiek” genetisch onderzoek zich richt op de informatie die in ons erfelijk materiaal, de genen, is opgeslagen, richt epigenetisch onderzoek zich op de informatie en aanpassingen op het erfelijk materiaal. Waar genetisch onderzoek geïnteresseerd is in wijzigingen die zich voordoen in het erfelijk materiaal zelf, is epigenetisch onderzoek geïnteresseerd in wijzigingen die zich voordoen op het erfelijk materiaal, zonder dat de eigenlijke bouwstenen waaruit het erfelijk materiaal is opgebouwd echt gewijzigd worden. Epigenetica moet dus gezien worden als kleine aanpassingen van het basis, erfelijke materiaal. Epigenetica zorgt ervoor dat de informatie die opgeslagen zit in het erfelijk materiaal al dan niet benut wordt, in wetenschappelijke termen: epigenetica zorgt voor het tot uitdrukking komen van het genetisch materiaal. Zo zorgt epigenetica er bijvoorbeeld voor dat een levercel enkel genen benut die nodig zijn in levercellen. Genen voor andere celtypes worden hier dus niet benut, hoewel alle genen in elke cel aanwezig zijn.

Zoals een metselaar, houtschrijnwerker of bezetter via vele aanpassingen het uiterlijk van een gebouw kan veranderen, kunnen ook verschillende factoren uit de omgeving (het milieu) zorgen voor epigenetische aanpassingen, met een heel andere gedraging van het erfelijk materiaal tot gevolg. Deze andere gedragingkan niet alleen invloed hebben op verschillende processen in een lichaam van een organisme, maar ook op hoe dat lichaam er gaat uitzien, net zoals bij het aanpassen van een gebouw.

Onlangs is gebleken dat deze aanpassingen soms overgeërfd kunnen worden. Deze overerving is echter veel flexibeler dan de overerving van het “gewone” erfelijke materiaal en is daardoor veel moeilijker te voorspellen. Zo kunnen de aanpassingen in een aantal volgende generaties behouden blijven, ook al staan deze generaties niet meer bloot aan het milieu dat voor deze aanpassingen gezorgd heeft. Via deze aanpassingen kunnen kinderen als het ware de invloed van het milieu ten tijde van hun ouders met zich mee blijven dragen. Deze aanpassingen blijven meestal niet behouden en verdwijnen na een aantal generaties weer of ze worden pas zichtbaar bij de kinderen, zonder dat er een effect bij de ouders werd waargenomen.

Zoals eerder al aangehaald, wil het klassieke milieutoxicologische onderzoek risico’s van bepaalde polluenten inschatten door een organisme (meestal de zoetwatervlo) bloot te stellen aan deze polluent. Epigenetische aanpassingen kunnen echter een belangrijke invloed hebben op het eindresultaat van deze risico-evaluatie. Effecten die bijvoorbeeld niet meteen zichtbaar zijn, kunnen wel in latere generaties zichtbaar worden of bepaalde effecten kunnen langer blijven bestaan, waardoor de rest van het milieu langer onder druk blijft. Immers het milieu is één grote aaneenschakeling van verschillende processen en niveaus. Doet er zich een verandering voor op één van die niveaus of in één van de processen, dan heeft dat invloed op de rest van de niveaus en de processen. (En uiteindelijk misschien, onrechtstreeks, op de mens, want ook wij zijn slechts een schakel in dat milieu). Het is dus van groot belang de invloed van de omgeving op deze epigenetische aanpassingen van het erfelijke materiaal beter te begrijpen en te kijken naar wat er een invloed heeft, in welke mate het een invloed heeft, hoe lang die invloed kan voortduren, enzovoort.

Vermits deze aanpak uniek is in het onderzoeksdomein van de milieutoxicologie, richtte het onderzoek zich in de eerste plaats op de vraag of zulke epigenetische aanpassingen konden waargenomen worden en wat het mogelijke effect hiervan was op de zoetwatervlo. Hiertoe werd eerst een techniek op punt gesteld die het opsporen van aanpassingen op het niveau van het erfelijk materiaal zelf mogelijk moet maken. Tegelijkertijd werden de watervlooien blootgesteld aan een bepaalde concentratie zink en werd er op twee verschillende niveaus in de watervlo op zoek gegaan naar effecten van mogelijke epigenetische aanpassingen.

Vermits epigenetische aanpassingen van het erfelijk materiaal een invloed kunnen hebben op tot uitdrukking komen ervan, werd gezocht naar veranderingen in deze uitdrukkingspatronen. Daarnaast werden een aantal zaken op het niveau van het organisme zelf opgevolgd, zoals het geboortecijfer, het sterftecijfer, het gewicht, de lengte enzovoort.

Op beide bestudeerde niveaus werden geen effecten van mogelijke epigenetische aanpassingen gevonden. Hieruit kon afgeleid worden dat de gebruikte dosis zink waarschijnlijk geen effect heeft op epigenetische aanpassingen.

Hierbij moet echter de kanttekening gemaakt worden dat een mogelijke conclusie zeker niet veralgemeend mag worden: het effect van zink kan bijvoorbeeld totaal verschillen van het effect van, pakweg, lood. De combinatie van de “klassieke” milieutoxicologie en de epigenetica kan leiden tot een veel beter algemeen inzicht over hoe epigenetische processen een invloed kunnen uitoefenen en wat het effect daarvan kan zijn in verschillende organismen, maar ook wat de invloed zou kunnen zijn op de interactie van deze verschillende organismen, op het niveau van het milieu. En dat laatste is iets dat we, meer dan ooit, goed moeten begrijpen om er goed zorg voor te kunnen dragen.