Η γενετική της παχυσαρκίας: μία εργαστηριακή άσκηση Teach article

Μετάφραση από τον Κωνσταντίνο Μιχαλοδημητράκη. Περίπου 1,5 δισεκατομμύρια άνθρωποι παγκοσμίως είναι υπέρβαροι ή παχύσαρκοι. Μήπως απλά τρώμε πολύ ή μπορούμε να…

Η παχυσαρκία είναι ένα μεγάλο πρόβλημα, κατά πολύ περισσότερους τρόπους από έναν. Πάνω από το 10% του παγκόσμιου ενήλικου πληθυσμού είναι παχύσαρκοι· σε μερικές χώρες αυτό ανέρχεται στο 40%. Καρδιακές παθήσεις, διαβήτης τύπου 2, μερικά είδη καρκίνων, επιπλοκές στην εγκυμοσύνη, προβλήματα στις αρθρώσεις, κατάθλιψη και ανησυχία-άγχος έχουν όλα συνδεθεί με την παχυσαρκία^w1.

Τροφές που είναι εύκολα διαθέσιμες και πλούσιες σε θερμίδες και ένας πιο καθιστικός τρόπος ζωής θεωρούνται συνήθως υπαίτιοι για την εντυπωσιακή αύξηση της παχυσαρκίας, αλλά μήπως μπορεί τα γονίδιά μας να είναι μέρος του προβλήματος; Αυτό το άρθρο σάς παρουσιάζει μερικά τμήματα της τρέχουσας έρευνας στη γενετική της παχυσαρκίας μαζί με μία μέθοδο που αναπτύχθηκε από το Ευρωπαϊκό πρόγραμμα «Εξερεύνηση» της Υγείας (European Xplore Health project) για την απομόνωση του DNA, η οποία αποτελεί το πρώτο στάδιο για τους ερευνητές που προσπαθούν να ταυτοποιήσουν τα πιθανά «γονίδια πάχους».

Η απομόνωση του DNA είναι κατάλληλη για μαθητές μέσου (ηλικίας 14-16) ή προχωρημένου επιπέδου εκπαίδευσης (ηλικίας 16+) και μπορεί να ολοκληρωθεί σε ένα μάθημα. Εάν αυτή η μέθοδος δεν είναι κατάλληλη για τους μαθητές σας ή το εργαστήριό σας, δοκιμάστε μία από τις δύο εναλλακτικές μεθόδους (βασισμένες στις ίδιες αρχές, αλλά χρησιμοποιώντας πιο εύκολα διαθέσιμα υλικά), χρησιμοποιώντας κατεψυγμένα μπιζέλια (Madden, 2006) ή ακτινίδια^w2. Οδηγίες για την άσκηση^w5 μπορούν να κατεβαστούν ως αρχεία Word ή PDF από την ιστοσελίδα τουScience in School.

Το θέμα της παχυσαρκίας παρέχει επίσης ένα χρήσιμο τρόπο για την εισαγωγή στην τρέχουσα γενετική έρευνα και σε ηθικά θέματα μέσα σε ένα πλαίσιο στο οποίο οι μαθητές πιθανόν να έχουν κάποια προσωπική εμπειρία και γνώμη. Άλλωστε, σε πόσους έφηβους δεν αρέσει το fast food και να χαζεύουν μπροστά στην τηλεόραση; Άλλα μέσα, περιλαμβάνοντας ένα πακέτο συζήτησης (debate pack) για την περαιτέρω διερεύνηση των θεμάτων, είναι διαθέσιμα στην ιστοσελίδα του Xplore Health^w3.

Τι σχέση έχουν τα γονίδια με αυτό;

Η παχυσαρκία συναντάται σε μέλη της ίδιας οικογένειας. Αυτό σημαίνει ότι η παχυσαρκία είναι γενετική ή απλώς σημαίνει ότι τα μέλη των οικογενειών μοιράζονται τις ίδιες ανθυγιεινές διατροφικές συνήθειες; Ίσως απροσδόκητα, μελέτες σε δίδυμα έχουν δείξει ότι η παχυσαρκία μπορεί να είναι μέχρι καί 70% γενετική, καθώς αδέρφια που έχουν τα ίδια γονίδια (πανομοιότυπα δίδυμα) έχουν περισσότερες πιθανότητες να έχουν τον ίδιο σωματότυπο από μη πανομοιότυπα δίδυμα (O’Rahilly & Farooqi, 2006).

Οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει έναν αριθμό παραλλαγών γονιδίων (αλλήλια) που φαίνεται να συνδέονται με την παχυσαρκία. Μερικές από αυτές είναι σπάνιες και επηρεάζουν μόνο ένα πολύ μικρό αριθμό ανθρώπων, ενώ άλλες είναι σχετικά συχνές και αυξάνουν τον κίνδυνο αύξησης του βάρους σε μεγάλα τμήματα του πληθυσμού (Πίνακα 1).

Το γονίδιο Ob Ob είναι μία μεμονωμένης παραλλαγής (single-variant) αιτία της παχυσαρκίας. Ελέγχει την όρεξη παράγωντας μία ορμόνη που ονομάζεται λεπτίνη. Οι άνθρωποι που έχουν δύο ελαττωματικά αντίγραφα αυτού του γονιδίου δεν μπορούν να παράγουν λεπτίνη και έχουν μία συνεχή επιθυμία για φαγητό. Παχύσαρκοι άνθρωποι με ανεπάρκεια λεπτίνης έχουν επιστρέψει σε ένα φυσιολογικό βάρος μετά από θεραπεία με ενέσεις λεπτίνης. Ένα άλλο γονίδιο που βρέθηκε ότι δρα με παρόμοιο τρόπο είναι το γονίδιο Mc4r, το οποίο είναι μέρος ενός σηματοδοτικού μονοπατιού (signalling pathway) που ελέγχει την διατροφική συμπεριφορά (O’Rahilly & Farooqi, 2006).

Όμως, αυτές οι μεταλλάξεις ενός γονιδίου είναι σχετικά σπάνιες. Έχουν ταυτοποιηθεί κάποιες άλλες πολύ πιο συχνές γονιδιακές παραλλαγές οι οποίες, αν και δεν αποτελούν άμεση αιτία της παχυσαρκίας, αυξάνουν την πιθανότητα να παχαίνουν οι φορείς τους. Παραδείγματα περιλαμβάνουν παραλλαγές του γονιδίουFto και του γονιδίου Tmem18. Μελέτες έχουν βρει ότι οι άνθρωποι με ένα αντίγραφο της «επικίνδυνης» παραλλαγής του Fto ζυγίζουν, κατά μέσο όρο, 1,2 κιλά περισσότερο από ανθρώπους με άλλες παραλλαγές, ενώ αυτοί με δύο αντίγραφα της «επικίνδυνης» παραλλαγής ζυγίζουν, κατά μέσο όρο, 3 κιλά περισσότερο.

Επομένως είναι οι άνθρωποι που έχουν αυτά τα πιο συνηθισμένα «γονίδια πάχους» καταδικασμένοι να γίνουν παχύσαρκοι ή μπορούν να ξεφύγουν από τη μοίρα τους; Αυτές οι γονιδιακές παραλλαγές απλώς προδιαθέτουν τους ανθρώπους στην αύξηση βάρους, αλλά δεν υπάρχει λόγος για να μην μπορούν να διατηρήσουν ένα υγιές βάρος οι φορείς τους, με μία υγιεινή διατροφή και έναν υγιή τρόπο ζωής.

Οι ερευνητές της παχυσαρκίας διερευνούν επίσης την επιγενετική (τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ γονιδίων και περιβάλλοντος) και πώς μονοπάτια σηματοδότησης στο σώμα (π.χ. ορμόνες και το νευρικό σύστημα) επηρεάζουν τον μεταβολισμό και την συμπεριφορά. Ελπίζουν ότι μέσω μιας καλύτερης κατανόησης της πολύπλοκης φύσης της όρεξης, του μεταβολισμού και της αποθήκευσης λίπους, θα είναι δυνατό να αναπτυχθούν καλύτερες θεραπείες ή στρατηγικές για τον έλεγχο της ποσότητας φαγητού που καταναλώνουν οι άνθρωποι με γενετική προδιάθεση στην παχυσαρκία.

Άσκηση για τους μαθητές: Απομονώνοντας το δικό σας DNA

Υλικά

• Μικροπιπέτες ή βαθμονομημένα (graduated) σιφώνια μέτρησης

• Εάν δεν έχετε μικροπιπέτες, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε διακριβωμένα (calibrated) / βαθμονομημένα πλαστικά σιφώνια μιας χρήσης. Σε αυτά τα σιφώνια ο «άξονας» είναι βαθμονομημένος, επιτρέποντας όγκους μικρότερους του 1 ml να μεταφέρονται με αρκετή ορθότητα για αυτό το πείραμα.

• Βρόχους καλλιέργειας (culture loops) ή στοματικά μάκτρα (buccal swabs) μιας χρήσης

• Ένα μικρό σωλήνα Falcon ή ένα δοκιμαστικό σωλήνα με πώμα ή καπάκι

• Οι σωλήνες Falcon είναι βαθμονομημένοι δοκιμαστικοί σωλήνες με βιδωτά καπάκια. Εάν δεν έχετε, απλώς χρησιμοποιήστε κανονικούς δοκιμαστικούς σωλήνες.

• Υδατόλουτρο στους 40°C (προαιρετικό)

• Απολυμαντικό διάλυμα

• Διάλυμα λύσης

• Διάλυμα πρωτεϊνάσης Κ

• Διάλυμα οξικού νατρίου

• Κρύα αιθανόλη ή ισοπροπυλική (για τριβές) αλκοόλη (κρατήστε την στον καταψύκτη μέχρι να χρειαστεί)

Μέθοδος

1. Τοποθετήστε 1 ml διαλύματος λύσης στον δικό σας σωλήνα Falcon ή δοκιμαστικό σωλήνα.

2. Ξύστε ζωηρά με ένα βρόχο ή μάκτρα το εσωτερικό των μάγουλών σας και κατά μήκος την γλώσσα σας.

3. Τοποθετήστε τον βρόχο ή τη μάκτρα στο διάλυμα λύσης και ανακατέψτε ώστε να αποκολληθούν τα κύτταρά σας.

4. Τοποθετήστε τον βρόχο σας ή το μάκτρο σας στο απολυμαντικό.

5. Επαναλάβετε τα βήματα 2-4 δύο φορές ακόμα για να βεβαιωθείτε ότι παίρνετε πολλά κύτταρα. Χρησιμοποιήστε κάθε φορά καινούργιο βρόχο ή μάκτρο.

6. Προσθέστε 20 µl (ή 1 σταγόνα εάν χρησιμοποιείτε σιφώνια) πρωτεϊνάσης Κ στον σωλήνα σας.

7. Κλείστε τον σωλήνα και αναστρέψτε τον δύο ή μερικές φορές για να αναμειχθούν.

8. Επωάστε το μίγμα στο υδατόλουτρο ή σε θερμοκρασία δωματίου για 10 λεπτά.

9. Προσθέστε 100 µl οξικού νατρίου.

10. Κλείστε τον σωλήνα σας και ανακινήστε καλά για να αναμειχθούν.

11. Προσθέστε 3 ml κρύας αιθανόλης.

12. Κλείστε τον σωλήνα και αναστρέψτε τον πολύ αργά για να αναμειχθούν.

13. Το DNA σας πρέπει να εμφανιστεί ως ένα υπόλευκο νηματώδες ίζημα.

 

Σημείωση για την ασφάλεια

Τα διαλύματα μπορεί να ερεθίσουν τα μάτια και το δέρμα, για αυτό να φοράτε εργαστηριακή ποδιά, γυαλιά ασφαλείας και γάντια. Το σάλιο μπορεί να μεταφέρει ασθένειες· χειριστείτε μόνο τους δικούς σας βρόχους ή μάκτρες και τοποθετήστε τα χρησιμοποιημένα αντικείμενα στο απολυμαντικό.

Απόρριψη υλικών: τα υγρά μπορούν να χυθούν στον νεροχύτη ενώ ταυτόχρονα να τρέχει πολύ νερό. Χρησιμοποιημένοι βρόχοι και μάκτρες μπορούν να πεταχτούν με τα απλά απορρίμματα μετά από απολύμανση διάρκειας 15 λεπτών.

Ερωτήσεις για συζήτηση

• Τι σημαίνει «λύση»; Πώς βοηθάει αυτή στην απομόνωση του DNA;
• Το ρυθμιστικό διάλυμα λύσης περιέχει ένα απορρυπαντικό που ονομάζεται SDS. Με βάση τις γνώσεις σας για την κυτταρική δομή, τι νομίζετε ότι κάνει το απορρυπαντικό;
• Μέσα στα κύτταρα, το DNA είναι σφιχτά συσπειρωμένο και δεσμευμένο σε μία ποικιλία πρωτεϊνών. Ποιο βήμα βοηθά στην απελευθέρωση του DNA από τις πρωτεΐνες;
• Τι σας λέει το τελευταίο στάδιο για την διαλυτότητα του DNA στο νερό με άλατα και στην αιθανόλη;
• Πώς θα μπορούσατε να επιβεβαιώσετε ότι το λευκό ίζημα είναι όντως DNA;

Επιπλέον ασκήσεις

• Συγκρίνετε αυτή τη μέθοδο απομόνωσης DNA με απλούστερες μεθόδους που χρησιμοποιούν κατεψυγμένα μπιζέλια (Madden, 2006) ή ακτινίδια^w2. Σε τι διαφέρουν; Ποια λειτουργεί καλύτερα; Μπορείτε να βρείτε ποια μέθοδος είναι πιο κοντά σε αυτή που χρησιμοποιούν οι επαγγελματίες γενετιστές;
• Απομονώνοντας απλώς το DNA κάποιου δεν είναι αρκετό για να πεις εάν έχει προδιάθεση για παχυσαρκία. Τι άλλες εξετάσεις θα έπρεπε να γίνουν; Μάθετε περισσότερα για τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται στη γενετική έρευνα.
• Σε πολλές χώρες, γονείς που είναι φορείς σοβαρών γενετικών παθήσεων όπως η κυστική ίνωση ή η αιμοφιλία μπορούν να επιλέξουν να κάνουν διαγνωστικές γενετικές εξετάσεις πριν την εμφύτευση γονιμοποιημένου ωαρίου. Πιστεύετε ότι αυτή η διαδικασία θα έπρεπε να είναι διαθέσιμη σε γονείς που έχουν γενετική προδιάθεση για παχυσαρκία; Συμφωνούν μαζί σας οι συμμαθητές σας;