Despre gemenii monozigoți, genetică și liberul arbitru

English

Gemenii monozigoți sunt cunoscuți pentru că sunt perfect identici la nivel genetic, iar orice diferențe între ei sunt de obicei atribuite mediului. Însă progresele în domeniul geneticii din ultimele două decenii au pus la îndoială această idee. Ce înseamnă acest lucru și de ce contează? Alătură-te nouă pentru a afla.

Gemenii monozigoți nu numai că sunt identici în ceea ce privește aspectul fizic, dar pentru o lungă perioadă de timp s-a crezut că sunt perfect identici la nivel genetic. Ca urmare, se credea că orice diferențe apărute între ei erau cauzate exclusiv de diferențele de mediu și de experiențele lor de viață.

Ca atare, studiile care au încercat să estimeze cât de mult o trăsătură sau o boală este determinată fie genetic, fie de mediul înconjurător au găsit candidații ideali în gemeni. Cunoscute și sub numele de studii clasice cu gemeni, acestea au urmat o structură relativ simplă:

  1. se iau perechi de gemeni monozigoți și perechi de gemeni dizigoți (fraterni);
  2. se verifică dacă trăsătura/boala de interes este mai similară între gemenii monozigoți decât cei fraterni;
  3. în caz afirmativ, se concluzionează că trăsătura/boala de interes are o componentă genetică semnificativă.

În practică, rezultatele au fost rezumate printr-o măsură statistică numită eritabilitate: proporția din variabilitatea fenotipului care poate fi atribuită variabilității genetice. Această măsură a fost aplicată la o gamă largă de boli, inclusiv cancer, astm și, bineînțeles, la tulburările psihiatrice. În special pentru acestea din urmă, estimările de eritabilitate au stat la baza multor cercetări care au avut ca scop identificarea cauzelor diferitelor tulburări psihiatrice. Dar, din nou, o estimare precisă a eritabilității în acest caz se bazează pe ipoteza că gemenii monozigoți au în comun 100% din gene, în timp ce gemenii dizigoți au doar 50%.

Iar fascinația pentru gemenii monozigoți s-a extins mult mai departe. Filosofii și-au îndreptat atenția spre ei în speranța de a găsi un răspuns la una dintre cele mai mari dezbateri ale filosofiei: existența sau absența liberului arbitru. Interesant este faptul că studiile pe gemenii monozigoți au fost folosite pentru a argumenta atât pro, cât și contra existenței liberului arbitru. Punctul de plecare a fost premisa discutabilă că gemenii monozigoți sunt identici din punct de vedere genetic. Detaliile au fost stabilite prin selectarea datelor care se potriveau cel mai bine cu ipoteza dorită. Cei care căutau să afirme că liberul arbitru există au analizat gemeni monozigoți crescuți împreună, care au ajuns totuși să ia decizii semnificativ diferite. Pe de altă parte, cei care susțineau că liberul arbitru nu există au analizat gemeni adoptați de familii diferite, care totuși au ajuns în situații de viață foarte asemănătoare.

Și acum, așa cum te aștepți, ajungem la partea în care îți spun că această premisă este greșită. Deși gemenii monozigoți au în comun o mare parte a materialului genetic, procentul nu este 100%. Mai mult, chiar dacă o mare parte din gene sunt identice, ele nu corespund 1:1 comportamentului sau fenotipului. Nu este suficient să fie prezentă o anumită genă, aceasta trebuie să fie și exprimată. De fapt, genele nu fac altceva decât să stabilească constrângerile în cadrul cărora un organism se poate dezvolta. Însă în cadrul acestor constrângeri există multe oportunități de alegere. Acesta este un lucru pe care cercetătorii în domeniul geneticii l-au descoperit de zeci de ani, dar originea și amploarea acestor diferențe reprezintă încă un subiect de cercetare incredibil de activ.

În cele ce urmează, vom examina unele dintre aceste surse de variație, dar e important să reții că aceleași mecanisme care duc la individualitate în cazul gemenilor monozigoți conduc și la individualitatea fiecăruia dintre noi. După aceea, vom discuta care sunt implicațiile atât pentru psihiatrie, cât și pe tema liberului arbitru.

Înainte de naștere

De obicei, atunci când un spermatozoid fecundează un ovul, se formează o celulă numită zigot. Acest zigot se divide în două celule identice, care se vor divide fiecare în alte două și așa mai departe. La un moment dat, celulele care se divid încep să se specializeze sau să se diferențieze, iar în final se naște un copil.

Dar în cazul gemenilor monozigoți, la un moment dat, în stadiul de zigot, celulele care ar trebui să se lipească și să formeze împreună un singur copil se separă și formează doi copii. Oamenii de știință încă încearcă să înțeleagă de ce anume se întâmplă acest lucru, dar cele mai recente dovezi indică modificări care afectează proteinele care ar trebui să țină celulele împreună înainte ca acestea să se atașeze de peretele uterin.

Efecte genetice

Aberații cromozomiale

Indiferent de motivul pentru care se întâmplă acest lucru, această separare ne oferă primul și cel mai simplu indiciu cu privire la diferențele dintre gemenii monozigoți. Dacă îți amintești de la orele de biologie, atunci când o celulă se divide, mai întâi își dublează numărul de cromozomi, apoi fiecare nouă celulă primește o copie a fiecărui cromozom. Dar, deși asta se întâmplă rar, pot apărea probleme în distribuția cromozomilor sau mutații spontane. Cu cât aberația cromozomială apare mai devreme, cu atât este de obicei mai gravă, deoarece toți descendenții ulteriori ai celulei/celulelor afectate vor fi și ei afectați. În cazul în care aberația cromozomială afectează cromozomii sexuali, aceasta poate duce chiar la apariția gemenilor monozigoți cu sexe diferite. Imaginile de mai jos ilustrează câteva exemple de aberații cromozomiale.

Atunci când aberația cromozomială apare înainte de separarea gemenilor, ambii vor fi afectați.
Atunci când aberația cromozomială apare la începutul dezvoltării unui geamăn monozigot, numai acel geamăn va fi afectat.
Atunci când mutația apare mai târziu în dezvoltarea unui geamăn monozigot, doar acel geamăn va fi afectat, dar cu cât problema apare mai târziu, cu atât efectul va fi mai puțin sever. În toate cele trei cazuri, gemenii monozigoți nu vor fi identici.

ADN mitocondrial

Pe lângă ADN-ul cromozomial conținut în nucleul celulei, fiecare dintre noi are, de asemenea, o cantitate mică de ADN în mitocondrii. Și, deși nu este mult, acest ADN conține gene importante pentru buna funcționare a celulei. Din nefericire, spre deosebire de ADN-ul nuclear, ADN-ului mitocondrial îi lipsesc multe dintre mecanismele care îl protejează împotriva mutațiilor. De fapt, se estimează că ADN-ul mitocondrial are de 10-20 de ori mai multe șanse de a suferi mutații decât ADN-ul cromozomial. Iar în cazul gemenilor monozigoți, acest lucru înseamnă că este probabil ca aceștia să acumuleze mutații diferite în timp, care contribuie la diferențe suplimentare între ei.

Retrotranspozoni

Dacă până acum lucrurile au fost relativ simple, aici încep să devină… puțin ciudate. În linii mari, transpozonii sunt definiți ca fiind bucăți de ADN care se pot „tăia” din locul lor inițial în genom și se pot „lipi” în altă parte – sunt transpozați, de unde și numele. Retrotranspozonii sunt și mai interesanți: în loc să părăsească locul lor original, se copiază în ARN. Acest ARN este apoi transcris invers în ADN și inserat în altă parte a genomului. Practic, retrotranspozonii adaugă material genetic nou în genom și, în teorie, se pot copia la nesfârșit.

După cum îți poți imagina, acest tip de instabilitate nu este foarte bun pentru genom: noile elemente de ADN inserate la întâmplare în tot genomul pot modifica sau chiar bloca genele normale. Așadar, pentru a proteja împotriva acestui lucru, retrotranspozonii sunt de obicei reduși la tăcere prin intermediul unor mecanisme sofisticate. Dar, în ultimii ani, oamenii de știință au descoperit că retrotranspozonii sunt de fapt mult mai activi decât se credea inițial.

Iar dintr-o perspectivă centrată pe creier, cea mai interesantă parte a retrotranspozonilor este că aceștia sunt foarte activi în creier, în special în hipocamp (o zonă principală pentru consolidarea memoriei și unul dintre cele două locuri din creierul uman adult unde încă se formează neuroni noi). Din păcate, în prezent nu este clar de ce neuronii hipocampului au atât de multe evenimente de retrotranspoziție, dar o ipoteză este că are legătură cu învățarea și consolidarea amintirilor.

În general, având în vedere că retrotranspoziția are loc la întâmplare, celulele unui individ ajung să aibă genomuri diferite. În mod similar, chiar dacă ar începe cu gene perfect identice, retrotranspoziția este unul dintre mecanismele care determină ca gemenii monozigoți să acumuleze diferențe genetice în timp.

Efecte epigenetice

Cu toate acestea, există mecanisme mai comune care cauzează diferențe la aproape toți gemenii monozigoți. Și au legătură cu un cuvânt la modă: epigenetica.

În termeni simpli, imaginează-ți codul genetic ca pe o bibliotecă imensă. Există milioane de cărți acolo, dar asta nu înseamnă că le vei citi vreodată pe toate. Mulți factori pot influența ce cărți alegi, cum ar fi dacă poți ajunge la ele pe rafturi sau dacă au coperți interesante. În codul tău genetic, schimbările epigenetice sunt factorii care influențează dacă aceste gene vor fi citite sau nu. Și așa cum nu citești aceleași cărți la nesfârșit, ci le pui pe unele înapoi pe raft și alegi altele, nici corpul tău nu citește mereu aceleași gene. Unele dintre ele se inactivează în timp, în timp ce altele pot fi activate. Iar o genă care nu este citită practic nu contează.

În general, inactivarea unei gene înseamnă legarea ADN-ului de anumite proteine astfel încât să nu mai poată fi citit. Există însă mai multe mecanisme care influențează activarea și inactivarea diferitelor gene de-a lungul vieții, iar mai jos vom detalia câteva dintre ele.

Inactivarea distorsionată a cromozomului X

Acest prim mecanism afectează doar gemenii monozigoți de sex feminin. Știm cu toții că femeile au două copii ale cromozomului X, în timp ce bărbații au doar una. În plus, cromozomul X este mult mai mare și conține mult mai multe gene importante în comparație cu cromozomul Y. Deoarece expresia genelor este aditivă (două copii exprimate vor avea un efect mai puternic decât una singură) și deoarece organismul are nevoie de echilibru, un cromozom X este inactivat în timpul dezvoltării. Acest lucru se întâmplă la începutul dezvoltării, aproape de momentul implantării uterine, și este un proces aleatoriu pentru fiecare celulă. Celulele descendente moștenesc apoi tiparul de metilare a cromozomului X.

Deoarece inactivarea este aleatorie, ca o aruncare a unei monede, ne-am aștepta la un raport de aproximativ 50:50 în ceea ce privește proveniența maternă sau paternă a cromozomului X. Cu alte cuvinte, în aproximativ jumătate din celule ar trebui să fie inactiv cromozomul X moștenit de la mamă, iar în cealaltă jumătate, cel moștenit de la tată. Dar nu este întotdeauna așa. De fapt, acest raport poate fi distorsionat până la 90:10. Un motiv simplu este faptul că numărul de celule în momentul inactivării este destul de mic. (Dacă arunci o monedă de 16 ori, este destul de puțin probabil să obții o împărțire relativ egală între cap și pajură).

Indiferent de motivul din spatele ei, inactivarea distorsionată a cromozomului X duce la diferențe mici, dar cuantificabile, la gemenii monozigoți de sex feminin. Dacă vrei să vezi asta în acțiune, uită-te la pisicile calico. Deoarece gena care controlează culoarea blănii este localizată pe cromozomul X, pisicile calico de sex feminin sunt singurele care pot dezvolta aspectul cu model caracteristic.

Amprentarea genomică

Asemănător inactivării cromozomului X, amprentarea genomică se referă la inactivarea unei copii a unei gene. Dar în cazul amprentării genomice, această inactivare are loc înainte de formarea zigotului. De fapt, se întâmplă deja în timpul gametogenezei (procesul prin care se formează spermatozoizii și ovulele). Un număr mic de gene sunt inactivate în mod preferențial, în funcție de proveniența maternă sau paternă.

Deoarece acest lucru se întâmplă cu mult înainte de separarea gemenilor, aceștia ar trebui, în teorie, să moștenească același model de inactivare pentru astfel de gene. Dar oamenii de știință au descoperit diferențe și în acest caz. De exemplu, gemenii identici la care doar unul dintre ei suferă de o boală rară, cum ar fi sindromul Beckwith-Wiedemann (o tulburare care crește riscul de cancer în copilărie), prezintă diferențe în ceea ce privește amprentarea genomică. Cu toate acestea, este nevoie de mult mai multă muncă pentru a determina de ce gemenii monozigoți prezintă diferențe de amprentare și dacă genele imprimate și diferențele dintre acestea sunt legate și de tulburări mai frecvente, în special de cele psihiatrice.

Mediul înconjurător și procese aleatorii

În cele din urmă, cele mai frecvente modificări epigenetice au loc în timpul vieții unui organism. Unele dintre ele implică activarea și dezactivarea genelor ca răspuns la influențele mediului. În acest caz, ne putem imagina că gemenii monozigoți suferă modificări epigenetice foarte asemănătoare atâta timp cât împărtășesc un mediu similar, dar genele lor exprimate încep să difere dacă sunt expuși la condiții drastic diferite.

Dar alte schimbări sunt pur și simplu aleatorii. Nu există vreun motiv (cel puțin niciunul pe care l-am putut identifica încă): unele gene se activează sau se inactivează spontan. Oamenii de știință au numit aceste modificări epigenetice aleatorii „drift epigenetic”. Iar acesta pare să fie principalul motor al divergențelor dintre genomurile gemenilor monozigoți de-a lungul vieții.

Implicații pentru psihiatrie

Am aflat că gemenii monozigoți nu au genomul identic. Acest lucru poate fi cauzat de aberațiile cromozomiale (rar), mutațiile în ADN-ul mitocondrial (mai frecvent) și retrotranspozoni (foarte frecvent). Mai mult decât atât, toți acești factori implică faptul că nici măcar toate celulele unui individ nu au același genom.

În același timp, chiar și genele identice ale gemenilor monozigoți pot fi exprimate în mod diferit datorită unor mecanisme cum ar fi inactivarea distorsionată a cromozomului X, amprentarea genomică și, mai frecvent, epigenetica aleatorie sau influențată de mediu. Și, bineînțeles, aceste diferențe se acumulează nu doar între indivizi, ci și între celulele unui singur organism. Deci, unde ne lasă asta când vine vorba de tulburările psihiatrice?

Pe scurt, complică lucrurile. Imaginea care începe să se contureze este aceea că fenotipul este produsul unei interacțiuni dinamice între mecanismele genetice, cele epigenetice și factorii de mediu. În acest context, pare mai probabil ca oamenii de știință să poată identifica factorii de risc pentru tulburările psihiatrice doar până la un anumit punct. Desigur, acest lucru poate fi în continuare incredibil de util pentru a ghida abordările preventive, terapeutice și de cercetare. Dar un strat suplimentar de complexitate ar putea, în mod natural, să încetinească lucrurile în ceea ce este deja un domeniu care progresează relativ lent.

În același timp, doar pentru că gemenii monozigoți nu sunt perfect identici nu înseamnă că astfel de studii sunt inutile. Noile progrese în domeniul geneticii pot ajuta la descoperirea unor diferențe neidentificate până acum și pot contribui la o imagine mai clară în ceea ce privește influențele genetice în tulburările psihiatrice. Iar extinderea cunoștințelor despre mecanismele epigenetice ne-ar putea ajuta să obținem o imagine mai amplă a susceptibilității la tulburări psihiatrice. Întreaga dezbatere „natură versus educație” este încet-încet reformulată ca o colaborare între natură și educație, în care epigenetica și procesele aleatorii acționează ca mediatori.

Implicații pentru liberul arbitru

În cele din urmă, ajungem la subiectul mai dificil pentru care presupusa identitate genetică între gemenii monozigoți a fost folosită pentru speculații: existența liberului arbitru. După cum am văzut deja în introducere, argumentele au fost formulate cam așa: dacă gemenii monozigoți sunt identici din punct de vedere genetic și cresc practic în același mediu, atunci înseamnă că atunci când iau decizii diferite, este pentru că au liberul arbitru de a face acest lucru, nu? Și dacă sunt identici din punct de vedere genetic și cresc în medii complet diferite, asta înseamnă că atunci când iau decizii similare, este pentru că liberul arbitru nu există și codul lor genetic le trasează întreaga traiectorie de viață, nu?…

Am aflat deja că întreaga premisă este greșită: gemenii monozigoți nu sunt identici din punct de vedere genetic. Și, din cauza efectelor mediului și proceselor aleatorii, ei devin și mai diferiți pe măsură ce trece timpul. Din punctul meu de vedere, acest lucru înseamnă că nu putem obține nicio informație semnificativă cu privire la existența liberului arbitru prin simpla comparare a traiectoriilor de viață ale gemenilor monozigoți.

Cu toate acestea, unele dintre conceptele prezentate mai sus dau naștere unei întrebări interesante: între limitele fixe trasate de gene, procesele aleatorii, influențele mediului asupra genelor prin mecanisme epigenetice și chiar influențele mediului asupra modelelor de gândire și comportament, mai există oare loc pentru liberul arbitru? Până în prezent, desigur, nu există un răspuns clar la această întrebare. Și dincolo de adevărul „empiric”, răspunsul depinde de modul în care îți definești termenii, de mediul socio-educațional în care te-ai format și poate chiar de cât de convingătoare a fost ultima lucrare de filosofie citită despre liberul arbitru.

Personal, nu cred că dispunem în prezent de metodele necesare pentru a răspunde la această întrebare. Nu este clar dacă vom dispune vreodată. Dar, pentru moment, aleg să mă bucur de liberul meu arbitru potențial iluzoriu încheind acest post aici și meditând în schimb la misterele vieții bucurându-mă de o ceașcă bună de cafea. În ceea ce te privește pe tine, ai liberul arbitru să faci ce vrei.

Cum ți s-a părut această postare? Scrie-ne în comentariile de mai jos.

Ca de obicei, nu uita să ne urmărești pe InstagramTwitter sau Facebook pentru a fi la curent cu cele mai recente postări.

Ar putea să-ți placă și:

Referințe (în engleză)

Calude, C., Kroon, F., & Poznanovic, N. (2016). Free will is compatible with randomness. Philosophical Inquiries4(2), 37-52.

Castellani, C. A., Laufer, B. I., Melka, M. G., Diehl, E. J., O’Reilly, R. L., & Singh, S. M. (2015). DNA methylation differences in monozygotic twin pairs discordant for schizophrenia identifies psychosis related genes and networks. BMC Medical Genomics8(1), 1-12.

Charney, E. (2012). Behavior genetics and postgenomics. Behavioral and brain sciences35(5), 331-358.

Gericke, N., Carver, R., Castéra, J., Evangelista, N. A. M., Marre, C. C., & El-Hani, C. N. (2017). Exploring relationships among belief in genetic determinism, genetics knowledge, and social factors. Science & Education26(10), 1223-1259.

Gribnau, J., & Barakat, T. S. (2017). X-chromosome inactivation and its implications for human disease. bioRxiv, 076950.

Haque, F. N., Gottesman, I. I., & Wong, A. H. (2009). Not really identical: epigenetic differences in monozygotic twins and implications for twin studies in psychiatry. In American Journal of Medical Genetics Part C: Seminars in Medical Genetics (Vol. 151, No. 2, pp. 136-141).

Joober, R., & Karama, S. (2021). Randomness and nondeterminism: from genes to free will with implications for psychiatry. Journal of Psychiatry & Neuroscience: JPN46(4), E500.

Oh, E. S., & Petronis, A. (2021). Origins of human disease: the chrono-epigenetic perspective. Nature Reviews Genetics22(8), 533-546.

Roseman, C. C., & Kaplan, J. M. (2022). Reliability is No Vice: Environmental Variance and Human Agency. Biological Theory, 1-17.

Thomsen, S. F. (2015). The contribution of twin studies to the understanding of the aetiology of asthma and atopic diseases. European Clinical Respiratory Journal2(1), 27803.

Oh hi there 👋
It’s nice to meet you.

Sign up to receive awesome content in your inbox.

Read our privacy policy for more info.

One thought on “Despre gemenii monozigoți, genetică și liberul arbitru

Leave a Reply