Co się dzieje z naszymi genami po śmierci?

Okazuje się, że w komórkach ciała, które formalnie nie żyje, wciąż toczą się zaskakujące procesy: setki genów „budzą się” i pracują jeszcze długo po ustaniu funkcji życiowych. To nie fantazja naukowa, ale realne obserwacje, które zmieniają nasze rozumienie śmierci i potencjalnie otwierają nowe możliwości w transplantologii, kryminalistyce czy badaniach biologicznych.

Adobe

Transkryptomika to dziedzina biologii molekularnej, która bada ekspresję genów poprzez jednoczesną analizę wszystkich cząsteczek RNA (transkryptomów) w danej próbce komórek lub tkanki. Zajmuje się ustaleniem, które geny są aktywne w określonym miejscu i czasie.

Transkryptomika pozostaje ściśle powiązana z genomiką, proteomiką i metabolomiką.
Obszar badawczy określany przedrostkiem tanato- (ang. thanatotranscriptome) to analiza transkryptomu w tkankach po śmierci organizmu. Odkrycia w tej dziedzinie sugerują, że w komórkach ciała, które formalnie przestały żyć, nadal zachodzą procesy biologiczne: setki genów wykazują aktywność jeszcze długo po ustaniu podstawowych funkcji życiowych.
Niegdyś sądzono, że po zgonie komórki po prostu umierają w sposób gwałtowny i chaotyczny.

Tymczasem badacze wykazali, że niektóre geny wykazują wzrost aktywności po śmierci do kilkudziesięciu godzin, a - w niektórych przypadkach – nawet dni. W eksperymencie na myszach i rybach (danio pręgowany) naukowcy zaobserwowali ponad tysiąc takich genów: aż 515 u myszy i 548 u ryb aktywnych było przez 48–96 godzin. 

Nigdy nie będziemy gotowi na śmierć. Jak o niej rozmawiać?

Jakie mamy marzenia i pragnienia w obliczu śmierci? Jakiej opieki i wsparcia oczekują osoby umierające? Jak rozmawiać o rzeczach ostatecznych? Co powiedzieć osobie, która umiera? – na te pytania odpowiada „Raport o dobrym umieraniu” przygotowany przez ekspertów Puckiego Hospicjum pw. św. Ojca Pio. Towarzyszą oni w ostatnich chwilach życia swoich podopiecznych.

Skąd pomysł, by badać ekspresję genetyczną w martwym ciele? Naukowców od dawna intrygowało, czy pewne procesy komórkowe mogą trwać dłużej, niż myślimy. Jak przyznaje specjalista medycyny sądowej prof. Peter Noble z University of Washington, „to doświadczenia motywowane ciekawością, co się dzieje z nami po śmierci (…) kiedy badamy śmierć, możemy dowiedzieć się dużo o życiu”. Zwłaszcza, że zamiast spodziewanej totalnej destrukcji, odkryto uporządkowaną modulację aktywności wielu genów — „nie przypadkowy szum, lecz kontrolowane działanie”. 

Transkryptonika rzuca światło na ludzki metabolizm, który nadal trwa po śmierci — choć zupełnie inny niż to, co znamy z życia. Komórki podejmują próby naprawy, uruchamiają programy stresowe, a niektóre sygnały genetyczne wskazują na reaktywację dawnych ścieżek rozwojowych. To perspektywa, która może zmieniać nasze podejście do tego, czym jest śmierć: być może nie jest absolutnym wyłączeniem życia, lecz fazą przejściową na poziomie molekularnym.

Co dokładnie się aktywuje? Wśród genów, które wzmagają ekspresję po śmierci, są te związane ze stresem komórkowym, naprawą DNA, zapaleniem, apoptozą (programowaną śmiercią komórki), rozwojem embrionalnym, a nawet regulacją epigenetyczną i mechanizmami typowymi dla nowotworów. Najciekawsze jest to, że geny typowe dla wczesnych etapów rozwoju płodowego znów stają się aktywne po śmierci, „komórki zdają się cofać do stanu niemal zarodkowego, jakby w desperackiej próbie zaczęcia od początku”. 

Przykładowo hipoksja (niedotlenienie) post-mortem może odblokowywać programy genowe typowe dla wczesnego rozwoju. „Geny, które są transkrybowane podczas etapu embrionalnego o niskim stężeniu tlenu, zostają ponownie uaktywnione, gdy poziom tlenu gwałtownie spada po śmierci organizmu” — piszą autorzy artykułu w „The Scientist”.  

Badania przeprowadzone na ludzkich zwłokach potwierdzają, że ten fenomen ma realne przełożenie na postępy medycyny sądowej. W artykule opublikowanym w czasopiśmie „Forensic Science, Medicine, and Pathology” naukowcy przeanalizowali próbki gruczołu krokowego po kilku dniach od śmierci. Wykazano, że w 38 godzin po zgonie większość genów związanych z indukcją apoptozy (czyli programowanej śmierci komórki) była znacznie bardziej aktywna niż po pięciu dniach. Co więcej, geny antyapoptotyczne — takie jak BAG1, BCL2 i regulator XIAP — również były podwyższone w czasie, co sugeruje, że komórki po śmierci wciąż mają aktywne mechanizmy walki o przetrwanie. 

Jak neandertalskie geny wpływają na zdrowie człowieka

Svante Pääbo, szwedzki genetyk ewolucyjny otrzymał właśnie Nagrodę Nobla za badania nad ewolucją człowieka. Udało mu się m.in. odczytać gen spokrewnionego z Homo sapiens neandertalczyka i jak się okazało, gatunek ten przekazał współczesnym ludziom niektóre swoje geny. Kolejne badania wskazują, że ma to dla wielu dzisiejszych ludzi niebagatelne znaczenie.

Z punktu widzenia zastosowań praktycznych, transkryptomika ma ogromny potencjał. Po pierwsze, może pomóc w precyzyjniejszym określaniu czasu śmierci — jeden z największych problemów w medycynie sądowej. Jeśli znamy specyficzne wzory ekspresji genów, które zmieniają się w czasie po zgonie, możemy budować „molekularne zegary biologiczne”, które wskażą, ile godzin lub dni upłynęło od śmierci. Po drugie, ten obszar ma przełożenie na transplantologię: jeżeli komórki organów jeszcze przez pewien czas pozostają aktywne i zdolne do regeneracji lub utrzymania funkcji, to mogą być lepszymi kandydatami do przeszczepów niż myślimy. Ponadto, badania transkryptomu pośmiertnego mogą dostarczyć markerów charakterystycznych dla konkretnych tkanek, co jest szczególnie przydatne, gdy dochodzi do identyfikacji fragmentów ciał w kontekście kryminalistycznym.

Przykładem takiego zastosowania może być analiza wątroby zmarłych. W badaniu obejmującym 27 próbek wątroby po śmierci (od kilku godzin do 37 dni) naukowcy wykryli osiem biomarkerów mRNA, które pozwalały jednoznacznie potwierdzić, że fragment tkanki rzeczywiście pochodzi z wątroby. To pokazuje, że nawet po długiej autolizie (samorzutnym rozpadzie tkanek) sygnały transkryptomiczne mogą być wystarczająco wyraźne, by być użyteczne w identyfikacji narządów — co może mieć znaczenie w śledztwach sądowych.

Transkryptomika to fascynująca dziedzina, która odsłania tajemnice życia przez pryzmat śmierci. Pokazuje, że nawet w ciele, które przestało oddychać, geny mogą jeszcze mówić. Nici RNA mogą nas wiele nauczyć: o czasie, odrodzeniu, biologii, która nie zna tak ostrych granic, jak myśleliśmy. Śmierć, w świetle tych badań, nie jest zakończeniem, lecz nowym, nieznanym etapem - a nauka dopiero zaczyna odsłaniać, co się w nim kryje.