sobota, 19 listopada 2016

Dlaczego bliźnięta jednojajowe nie są identyczne? Co czyni różnicę?

Prawie każdy miał okazję poznać kiedyś bliźniaków. Zwykle na etapie obowiązkowej edukacji, między podstawówką, a szkołą średnią lub zawodową. Czasami były to bliźnięta dwujajowe, a czasami jednojajowe. W związku z tym podziałem krąży mnóstwo opowiastek, ciekawostek, powiedzonek. W grupkach dzieci czy w rozmowach z nauczycielami zawsze doszukuje się różnic pomiędzy dwójką takiego rodzeństwa. Jak to jest w przypadku bliźniąt jednojajowych, że pomimo identycznego posiadanego DNA, potrafią się między sobą różnić i to nie zawsze subtelnie, czasem wręcz bardzo wyraźnie?

bliźnięta jednojajowe

By zacząć temat, trzeba wyjaśnić ważną kwestię. Jest nią to, jak to się w ogóle dzieje, że powstają bliźniacy i na czym polega różnica w genezie dwujajowych i jednojajowych. Ci pierwsi pojawiają się w wyniku zapłodnienia dwóch oocytów, przez dwa inne plemniki. Ponieważ podczas powstawania zarówno oocytów, jak i plemników (w trakcie mejozy) zachodzi zjawisko crossing-over, czyli wymiany materiału genetycznego między chromosomami homologicznymi (tymi, które mamy od ojca i tymi, które dostaliśmy od matki), to obie zygoty, które dadzą początek rodzeństwu, będą miały inne DNA, o pokrewieństwie wynoszącym 50%. Bliźniaki dwujajowe genetycznie są więc jak zwykłe, niebliźniacze rodzeństwo (mogą być różnej płci), tylko powstałe mniej więcej w tym samym czasie, dzielące warunki tej samej ciąży i wspólnie, równolegle wychowywane. Natomiast bliźniaki jednojajowe wywodzą się z tej samej zygoty – oocyt został zapłodniony, powstał zarodek, który na wczesnym etapie rozwoju podzielił się, czyli de facto sklonował. Bliźniaki jednojajowe, mówiąc biologicznie, są klonami. Zawsze są tej samej płci.

Wspólne warunki w czasie ciąży odgrywają istotne znaczenie w kontekście współwystępowania różnych cech (zwłaszcza ilościowych, czyli takich jak wzrost, nasilenie cech charakteru, masa ciała, skłonności do różnych chorób; przeciwieństwem są cechy jakościowe, takie jak kolor oczu, włosów, płeć, grupa krwi; niektóre cechy jakościowe też mogą być nie-zero-jedynkowe, np. kolor włosów). Składają się na nie stres matki ciężarnej, to jak się odżywia, zawartość różnych toksyn w jedzeniu czy powietrzu, wdychanie dymu papierosowego, stan hormonalny itp. Ten element dotyczy zarówno bliźniaków jednojajowych, jak i dwujajowych.

ciąża bliźniacza

To, co je odróżnia, a co na razie tylko wstępnie nakreśliłem, to DNA. Rodzeństwo powstałe z dwóch innych oocytów i plemników ma mniej więcej w 50% taką samą informację genetyczną, podczas gdy u powstałego z jednej zygoty (bliźniaków jednojajowych) jest to 100%. Dokładnie rzecz biorąc, może to być około 99%. Dlaczego? Wszystko zależy od tego, w którym momencie zarodek podzieli się na dwie części. Im wcześniej to zrobi, tym więcej zajdzie mutacji niezależnych i tym bardziej pokrewieństwo będzie skierowane w stronę 99%, niż 100%. To znaczy, jeżeli embrion podzieli się bardzo wcześnie, to nie będzie wielu okazji do zajścia mutacji genetycznych, które przejdą na wszystkie komórki potomne przed rozdziałem. Aby lepiej to zrozumieć, można sytuację tę nieściśle przyrównać do hodowli rośliny. Im szybciej jednego osobnika podzielimy na części i będziemy wyprowadzać z nich odrębne organizmy, tym mniej będą one miały ze sobą wspólnego.

Powyższe zjawisko jest jednocześnie pierwszym czynnikiem, który sprawia, że bliźniacy jednojajowi pomimo pochodzenia z tego samego oocytu i plemnika, będą się między sobą różnić. Ktoś może powiedzieć – to tylko niecały 1% różnicy, jakie to ma znaczenie? Niby brzmi logicznie, ale DNA tak nie działa. Jeżeli mutacje po rozdziale zarodka na dwie części i powstaniu klonu-bliźniaków, zaszły w ważnych genach, wpływających na wiele cech organizmu i jego rozwoju, to podobieństwo rodzeństwa jednojajowego będzie maleć. W ekstremalnych przypadkach może być nawet tak, że u jednego bliźniaczego zarodka zajdzie jakaś poważna, szkodliwa mutacja, a u drugiego nie. Inny skrajnie niebywały przykład to zajście pozytywnej mutacji u bliźniaczego zarodka, pochodzącego pierwotnie z zarodka z jakąś szkodliwą mutacją. Może się okazać, że ten, u którego mutacja nie zaszła, obumrze, drugi natomiast prawidłowo się rozwinie w płód i dotrwa do narodzin. Ile osób na etapie rozwoju zarodkowego miało takie „rodzeństwo”, które naturalnie obumarło we wczesnej embriogenezie?

zarodki

Mutacje, jako pierwszy element układanki, to dopiero początek. Mamy kolejne czynniki warunkujące różnice pomiędzy jednojajowymi bliźniakami. Drugim są zmiany epigenetyczne. Tutaj także nadrzędne znaczenie ma czas podziału od powstania zygoty i w tym przypadku szczególnie dla bliźniaczek. Ponieważ wzór metylacji DNA może być dziedziczony, jego poziom będzie przekazywany podczas kolejnych podziałów (mitotycznych) zarodka, na kolejne komórki. Wczesny rozdział zarodka na dwójkę bliźniaków oznacza większe różnice w metylacji DNA pomiędzy nimi, a to przekłada się na różną aktywność genów. Dodatkowo wyszczególniłem zarodki płci żeńskiej, ponieważ zachodzi w nich wyłączanie jednego z dwóch chromosomów X. Ma to miejsce także w trakcie rozwoju zarodkowego i uważa się, że jest losowe (u ssaków łożyskowych, do których należy człowiek, u torbaczy, np. kangurów, z kolei inaktywowany jest zawsze chromosom X od ojca), tzn. przypadkowe jest, czy aktywny pozostanie X od ojca czy X od matki. Odpowiednio szybkie sklonowanie się zarodka żeńskiego może sprawić, że jedna bliźniaczka będzie miała w innych liniach komórkowych aktywny X od ojca, niż druga bliźniaczka. X od ojca różni się od X matki, co ostatecznie także przełoży się na mniej lub bardziej subtelne różnice w fenotypie (cechach) bliźniaczek. Przykładem znaczenia dziedziczenia epigenetycnego i inaktywacji chromosomu X u samic niech będzie kot-klon o innym od pierwowzoru umaszczeniu.

kot klon
https://www.mun.ca/biology

Kolejny haczyk, który komplikuje sytuację, to możliwość wymiany komórek krwi. Zdarzyć się może, że te od jednego bliźniaka/bliźniaczki, przedostaną się do drugiego/drugiej. Komórki odpornościowe, np. limfocyty, powstają w późniejszym okresie rozwoju prenatalnego, już po wytworzeniu trzech głównych linii komórkowych – mezodermy, ektodermy i endodermy. Jest to czas, podczas którego zachodzą kolejne mutacje (jak przy każdym podziale komórkowym), zwykle nieistotne, ale niektóre mogące minimalnie zmieniać ekspresję poszczególnych genów. Wymieszanie się komórek krwi między płodami i to, w jakim stosunku jest frakcja właściwa dla danego klona, względem tej nabytej od bliźniaka (np. 98% własnych limfocytów i 2% obcych; 96% własnych i 4% obcych), daje kolejny czynnik zmienności w pozornie całkowitej, biologicznej hermetyczności. Co trzeba zauważyć, tego typu zjawisko ma dużo większe znaczenie u bliźniaków dwujajowych, gdyż wymieszanie się w ten sposób komórek będzie ich w przypadku nabyciem genetycznych różnic, opartych nie o subtelne mutacje, a całe 50% DNA.

Nie koniec, jeśli o limfocyty chodzi. Poza tym, o czym wyżej, są one przyczyną jeszcze jednej z różnic pomiędzy bliźniętami. Gdy już powstaną, a ma to miejsce z pewnością po podziale zarodka na dwa sklonowane, limfocyty z czasem zaczną mutować. Będzie to jednak zaplanowana zmiana, a ściśle rzecz biorąc rekombinacja, mająca na celu zwiększenie różnorodności produkowanych przez te komórki przeciwciał. Ponieważ rekombinacja ta jest losowa (to, gdzie ułożą się zmienne fragmenty interesującej nas sekwencji DNA), niektóre warianty mogą być różne u bliźniaczego rodzeństwa. Komu się bardziej poszczęści, ten będzie się cieszył lepszą odpornością. W tym miejscu zaczyna też wychodzić na pierwszy plan nowy typ czynników różnicujących – środowiskowe. Funkcjonowanie układu odpornościowego będzie zależało od tego, jak odżywiają się bliźnięta, a te niekoniecznie będą jeść dokładnie to samo. Najpewniej im będą starsze, tym różnice w tym, co jedzą, będą większe.

Limfocyt, dr Triche, National Cancer Institute, https://visualsonline.cancer.gov

Dochodzimy do przedostatniego już elementu układanki (choć nie wątpię, że gdyby zagłębić się w szczegóły, znalazłoby się jeszcze kilka skrajnie rzadkich, ale też ciekawych przykładów). Gdyby nie dzielić go sztucznie na części, co zrobię dla przejrzystości i lepszego zrozumienia, mowa byłaby o ostatnim. Chodzi o wspomniane czynniki środowiskowe, które zróżnicowałem na te związane z doświadczeniami życiowymi i wszelkie inne. Przez te drugie mam na myśli jedzenie, przebyte choroby, gospodarkę hormonalną, palenie lub nie papierosów, wystawianie się na słońce itd. Wszystko to może zwiększyć różnicę dla bliźniaków. Środowisko ma wpływ na funkcjonowanie naszej gospodarki hormonalnej, na to czy zachorujemy, mając styczność z patogenami. To, co jemy może zmieniać metylację DNA (i modyfikować inne czynniki epigenetyczne) i prowadzić do dalszych zmian względem stanu wyjściowego.

Jednakowo odmienni dlaczego możemy zmieniać swoje geny Tim Spector
http://www.proszynski.pl
Na koniec mamy to, co kształtuje przede wszystkim osobowość, czyli przebyte doświadczenia życiowe. To one determinują to, kim jesteśmy, naszą tożsamość, naszą wrażliwość lub niechęć do poszczególnych tematów. Jedno tylko, całkiem przypadkowe przeżycie może całkowicie zmienić nasze dotychczasowe postrzeganie świata. Może skierować nas na nowe zainteresowania, do nowego zawodu, sprawić że poznamy partnera, że zaangażujemy się w jakieś działania społeczne, albo że się do nich zniechęcimy. Można wymieniać w nieskończoność. Dodatkowo doświadczenia wpływają na stan biologiczny naszego organizmu: gdy się stresujemy albo cieszymy, boimy lub jesteśmy sfrustrowani, zmienia się stosunek neurohormonów (neurotransmiterów) w naszym mózgu. Doświadczając regularnie jakiejś przykrości, wywołującej np. lęk, poszczególne geny mogą zostać zmetylowane lub odmetylowane, sprawiając, że w jakiejś cząstce naszego charakteru stajemy się inni. Im bliźnięta będą starsze, tym bardziej samodzielne, co sprowadza się do mniejszej liczby wspólnych przeżyć.

Pomimo wszystkiego tego, co wymieniłem powyżej, a czego wydaje się być bardzo dużo, trzeba uzmysłowić jedną rzecz. Zdecydowanie się rozdrobniłem. Gdyby zebrać do kupy wszystkie te możliwe czynniki różnicujące bliźnięta od momentu ich wydzielenia się z jednego zarodka, to nadal, nie biorąc pod uwagę skrajnych przypadków, bliźnięta będą bardzo podobne. Wciąż mają genetyczne predyspozycje do różnych zachowań, chorób, talentów, zainteresowań. Metylacja DNA, mutacje czy doświadczenia życiowe mogą przeważyć szalę na którąś ze stron i sprawić, że jeden z bliźniaków zachoruje na cukrzycę, drugi nie, że jeden zostanie naukowcem, drugi nie. Jeden będzie dużo czytał, drugi ze wstydem sięgnie ledwo po jedną książkę w roku. Tak można wymieniać.

Na samo już zakończenie chciałbym polecić ciekawą książkę o bliźniętach w kontekście dziedziczenia epigenetycznego. Chodzi o „Jednakowo odmienni. Dlaczego możemy zmieniać swoje geny?”, autorstwa Tima Spectora, genetyka epidemiologicznego, dyrektora największego na świecie rejestru bliźniąt. Bez zagłębiania się w mechanizmy (bo międzypokoleniowe dziedziczenie wciąż jest przedmiotem badań i niewiele o nim wiemy) opisuje różne przypadki, podaje też statystykę i wreszcie źródła literaturowe. Książka jest przyjemna w odbiorze, nietrudna. Dobra i dla laików. 

19 komentarzy:

  1. To bardziej złożona sprawa niż myślałam. Wnioskując, każdy z nas jest wyjątkowy i niepowtarzalny. Nawet jeśli się ma brata/siostrę bliźniaka nie ma nikogo o identycznym DNA.

    OdpowiedzUsuń
  2. Trochę to skomplikowane procesy, aczkolwiek coś tam jeszcze pamiętam ze szkoły. ;) Studiuję teraz z bliźniaczkami jednojajowymi. Na początku je myliłam, ale da się je normalnie odróżnić, choćby po głosie, bo mają inny.

    OdpowiedzUsuń
  3. Muszę przyznać, że Twój artykuł jest super. Tutaj więcej można się dowiedzieć o biologii ;)
    Fajnie by było, jakbyś napisał na blogu artykuł na temat leczniczej marihuanie. Ciekawi mnie ten temat, bo podobno jest wiele publikacji naukowych, które mówią o pozytywnym działaniu marihuany np. przy padaczce lekoopornej.
    Serdecznie pozdrawiam,
    Patryk

    OdpowiedzUsuń
  4. Ostatnio częściej jakby widuję bliźnięta, a nawet trojaczki nie są takie rzadkie.
    Zauważyłam, że gdy bliźniaki są małe, trudniej zauważyć różnice, później to sie zmienia, a u osób dorosłych wpływ na wygląd ma tez sposób życia, np, gdy gdy jedno z bliźniąt pali lub zbyt dużo pije alkoholu.
    Druga sprawa, że trudniej zauważyć różnice, gdy z bliźniakami mamy do czynienia osobno, gdy stają przed nami razem, to widzimy wyraźnie, że nie są identyczni.
    Przynajmniej ja tak mam...

    OdpowiedzUsuń
  5. temat ciekawy, nawet może wykorzystam niektóre fakty na swoim blogu pisząc swoje opowiadanie

    OdpowiedzUsuń
  6. mimo różnic często są mylone bliźniaki:)

    OdpowiedzUsuń
  7. Prawdę mówiąc do tej pory wydawało mi się, że bliźnięta jednojajowe są identyczne :D

    OdpowiedzUsuń
  8. Ciekawe są też psychologiczne badania bliźniąt - słynne, do których my psychologowie lubimy się odnosić :P Pokazują wprawdzie bardziej podobieństwo bliźniaków, ale też potrafią dać do myślenia, jak pod pewnymi aspektami jesteśmy "zależni" od genetyki. Sprawdza się "50% nature, 50% nurture" :)

    OdpowiedzUsuń
  9. Niewiele przyszło mi znać bliźniaków w życiu, ale każda taka para zawsze (niezależnie od cech fizycznych) była połączona ze sobą szczególną więzią. To się czuło.
    Pozdrawiam.

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Nic dziwnego. Chociaż te bliźniaczki, które ja znałem w przeszłości, akurat się zawsze biły ze sobą i kłóciły.

      Usuń
    2. To jest głębszy problem czasami. Często posyła się takie rodzeństwo do innych klas, grup bo stają się za mało samodzielne.

      Usuń
  10. ale to nawet lepiej, bo skoro blizniaki jednojajowe tak wiele może różnic, mimo tak podobnego wygladu, to optymistyczna wiadomosc. kazdy z nas jest inny, niepowtarzalny, nie ma kopii :) i super, dzieki za szczegolowe objasnienie tego mechanizmu

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Niektórzy pytają, jakby to było z klonami, czy byliby tą samą osobą itp. Pytanie jest absurdalne, a dowód na to, to właśnie bliźniacy jednojajowi. ;-)

      Usuń
  11. Mnie wyjątkowo zainteresował Twój wpis.
    Jestem babcią bliźniaków jednojajowych dwuobwiedniowych - tak mają napisane w dokumentach. Nie znalazłam w Twoim wpisie takiej nazwy - może jest ukryta pod innym określeniem, którego nie rozpoznałam.
    Chłopcy teraz mają po 10 lat. Im są starsi, tym mniej podobni do siebie. Charaktery mają podzielone - jeden mamusi, drugi tatusia.
    Jeden jest dominujący, drugi mu ciągle ulega - to chyba też jest cecha charakterystyczna.
    Mieszkają kilkaset kilometrów ode mnie więc nie obserwuję na co dzień ich zachowania. Są zdecydowanie różni w zachowaniu ale średnio podobni z urody i wyglądu.
    Pozdrawiam :)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. To jest też kwestia czasu podziału. Trofoblast, czyli przyszłe łożysko, różnicuje się na etapie blastocysty. Jeśli zarodek podzieli się na dwójkę bliźniaków przed stadium blastocysty, to bliźniacy będą mieli osobne owodnie. :-)

      Usuń
  12. Też coś tam jeszcze ze szkoły pamiętałem, ale przyznać muszę, że kwestia nie należy do łatwych jak się już człowiek na poważnie zabiera za temat. :)

    Dzięki, mam nadzieję, że to jakieś moje nowe hobby jednak będzie.

    Pozdrawiam!

    OdpowiedzUsuń
  13. Nie wiedziałam wcześniej że ten temat jest aż tak szeroki. Znam kilka bliźniaków dziewczyny np były identyczne a np dwóch chłopaków z którymi chodziłam do jednej klasy całkowicie inni zarówno z zachowania jak i wyglądu :) nigdy nie wiedziałam od czego to zależy. W pracy znów mam koleżankę która ma brata bliźniaka :)

    OdpowiedzUsuń
  14. Jestem mamą bliźniąt jednojajowych, kilkumiesiecznych. Dzięki różnicy w wadze różnią się. Ludzie się śmieją, ze brat podjadł brata a nie wiedzą, ze rzeczywiście istnieje przy jednokosmówkowej ciąży powikłanie jakim jest zespół podkradania. PS mam znajomą z dwujajowymi i oni z kolei są podobni jak jendojajowe :)

    OdpowiedzUsuń