Blizanci od davnina predstavljaju predmet interesovanja nauke. Dok dizigotni (dvojajčani) blizanci dele polovinu, monozigotni (jednojajčani) blizanci dele sav nasledni materijal i stoga se smatraju idealnim genetičkim modelom za proučavanje faktora sredine kao uzročnika različitih bolesti i drugih svojstava. Oduvek se postavljalo pitanje šta to uzrokuje pojavu fizičkog i psihičkog nesklada kod blizanaca. Može se desiti da jedan blizanac boluje od neizlečive bolesti, dok je drugi u potpunosti zdrav. Jedna bliznakinja može uživati u samoći, dok je druga izrazito društvena. Ovaj nesklad u svojstvima koja možemo da opazimo (fenotipu) kod monozigotnih blizanaca tradicionalno se pripisivao nedeljenim faktorima životne sredine koji deluju nakon rođenja. Noviji rezultati istraživanja, međutim, ukazuju da je situacija značajno složenija. Razmatranje spoja sredinskih efekata unutar materice, genetičkog mozaicizma, epigenetike, uticaja životne sredine i stohastičkih (slučajnih) faktora daje sveobuhvatnije objašnjenje promena u (adolescentnom) životu monozigotnih blizanaca.
Danas se zna da epigenetika obuhvata niz naslednih promena u funkciji gena i strukturi naslednog materijala - hromatina, koje se javljaju bez promene u samom nizu nukleotida u DNK. Moderna molekularna genetika proučava dve glavne klase takvih promena: metilaciju citozina na citozin-guanin dinukleotidima (CpG ostrvca – ponovci motiva citozin-guanin) i kovalentne modifikacije proteina vezanih za DNK - histona, posebno acetilaciju i metilaciju. Oba tipa ovih kovalentnih modifikacija su stabilne jer se mogu preneti u ćelijskoj deobi - mitozi i relativno su lake za modulaciju, što pokazuje ogromna količina enzima prisutnih u ćelijama koji katalizuju epigenetičke modifikacije. Metilacija citozina je generalno povezana sa utišavanjem gena („isključivanjem” gena), dok je acetilacija histona povezana sa aktivacijom. Opšti zaključak je da se mladi jednojajčani blizanci suštinski ne razlikuju po svojim epigenetičkim oznakama, dok stariji identični parovi blizanaca pokazuju značajne varijacije u ovim oznakama. Razlike u ekspresiji (ispoljavanju) gena kod starijih blizanaca bila je čak četiri puta veća od onih uočenih kod mladih parova. Naučnici su stoga zaključili da zaista postoji široko rasprostranjeni „epigenetički drift'' (epigenetičko pomeranje) povezan sa starenjem. Uzročnik ovih promena tokom razvoja može biti slučajan ili određen faktorima sredine. U stvarnosti, kombinacija ova dva faktora preovladava.
Pored epigenetičkih modifikacija ponekada razlozi fenotipskih različitosti mogu biti i genetičke prirode. Iako se monozigotni blizanci smatraju organizmima koji dele 100% genetičkog materijala, to nije nužna pojava u trenutku rođenja. Ponekada pojavom mozaicizma (kada ćelije istog organizma imaju različitu genetičku informaciju), mobilnih genetičkih elemenata (mogu se umnožavati i/ili menjati svoje mesto u sekvenci DNK), duplikacija (umnožavanje određenih segmenata sekvence DNK) i hromozomskih mutacija (promene u strukturi hromozoma) može nastati nesklad u sekvenci nukleotida DNK između monozigotnih blizanaca. Utvrđeno je da su tačkaste mutacije nakon oplodnje izvor Darije bolesti, Žuber sindroma i orofaciodigitalnog sindroma, dok hromozomski mozaicizmi mogu uzrokovati pojavu sindroma Daun i Tarner.
Sve je više dokaza o epigenetičkoj modulaciji koja se javlja vrlo rano u životu kao odgovor na faktore sredine. Usled nepovoljnog okruženja materice izazvano ograničenjem proteina u ishrani majke ili uteroplacentarne insuficijencije (nedovoljna razvijenost posteljice) može doći do gen-specifične promene u stanju metilacije. Takođe, majčinsko ponašanje tokom trudnoće može promeniti epigenetičko stanje gena u potomstvu. Dakle, jasno je da su epigenetičke modifikacije, koje se javljaju ne samo nakon rođenja već i pre rođenja, kandidati za molekularne mehanizme fenotipskih varijacija.
Isti uslovi života pre i posle rođenja, na primer zajedničko okruženje u materici ili vaspitanje u jednoj porodici, promovišu fenotipsku usklađenost. Međutim, koncept (ne)deljene sredine ima ograničenja i ponekad je teško razumevanje stvarnih zajedničkih faktora koji utiču na blizance, pogotovo tokom razvića pre rođenja. Na primer, iako blizanci dele jednu matericu u višeplodnim trudnoćama, ne moraju nužno da dele zajedničko okruženje u materici. Intrauterina restrikcija rasta (IUGR) je čest problem kod blizanačkih trudnoća, koji pogađa 12-47% svih parova blizanaca. Ova pojava često dovodi do nesklada u težini novorođenčadi i u nizu fenotipskih karakteristika, uključujući visinu, obim glave, inteligenciju, razumevanje i izražavanje, motoriku, ravnotežu, koordinaciju i vizuelno-motoričku percepciju. Nakon rođenja, svako dalje izlaganje sredinskim faktorima, kao što su ishrana, pušenje, toksini, opijati ili infekcije, može doprineti neskladu. Takođe, različita iskustva, društvo, obrazovne institucije i interesovanja dodatno doprinose različitom psiho-fizičkom razvoju. Zanimljivo, ukoliko postoje rane fenotipske razlike one mogu dovesti do toga da čak i zajedničke izloženosti imaju različite efekte, što ponovo dovodi do različitosti između blizanaca.
Sa druge strane, postoji nekoliko epigenetičkih promena tokom individualnog razvoja koje ne mogu biti objašnjene samo uticajem životne sredine. Ove epigenetičke varijacije se smatraju slučajnim. Rezultati eksperimenata u kojima su kao model korišteni inbred-miševi pod skoro identičnim uslovima životne sredine (miševi ukrštani u srodstvu koji su praktično blizanci nakon nekoliko generacija) podržavaju ideju o postojanju stohastičke komponente epigenetičke varijabilnosti; ovakve eksperimente je svakako nemoguće postići ljudskim modelima. Navedeni eksperimenti pokazali su da, osim životne sredine, fenotipsku varijabilnost oblikuje i „treća komponenta“, koja bi bila rezultat stohastičkog „epigenetičkog rekombinovanja” nakon polne reprodukcije. Hipoteza o „trećoj komponenti“ mogla bi da objasni različite epigenetičke obrasce pronađene čak i u okviru mladih parova monozigotnih blizanaca.
Frensis Galton je 1865. napisao da su blizanci savršen model za razlikovanje uticaja genetičkih faktora i onih koji ostvare svoj uticaj kasnije tokom života. Ovaj koncept je i danas je poznat kao Nature vs Nurture i govori o uticaju konkurentnih faktora, genetike i životne sredine. Ipak, danas znamo da situacija nije tako jednostavna. Kompleksni spoj velikog broja faktora može objasniti ovaj fenomen. Sa razvojem nauke postaje sve jasnija važnost stohastičkih tj. slučajnih faktora koji deluju i imaju podjednako bitan uticaj kao i ostali. Takođe, postoje jaki naučni dokazi za direktnu ulogu i relevantnost epigenetike u oblikovanju ljudske fenotipske varijabilnosti. Ipak, i dalje nije potpuno jasno u kojoj meri je epigenom nasledan i da li su monozigotni blizanci epigenetički identični pri rođenju. Potrebne su dalje studije koje bi nam dale odgovor na ovo i mnoga druga pitanja, a neosporiva je činjenica da su blizanci idealan model za proučavanje ove pojave.
Viktorija Francuski
naučnica-volonterka GENIUS projekta
studentkinja Biološkog fakulteta Univerziteta u Beogradu