Tylko Chuck Norris wie … – biomonitoring w szerokim ujęciu

 Tematem mojej pracy doktoranckiej są: zmiany epigenetyczne w zarodkach i macicy w okresie wczesnej ciąży – badania na modelu świni domowej. Pierwszym pytaniem jakie sobie zadałam było, jak połączyć temat swoich badań, które są wykonywane na modelu świni domowej z biomonitoringiem. I wtedy długo się nie zastanawiając stwierdziłam, tylko Chuck Norris wie co ma świnia do biomonitoringu. Krótki kurs z przedmiotu Biomonitoring dobiegł ku końcowi, a w mojej głowie nie zawitał żaden pomysł, jak „ugryźć” problem świni vs. biomonitoring. Byłam pewna, że jest to walka z wiatrakami, ale ja tak łatwo nie poddaje się. Zaczęłam od wytłumaczenia samej sobie, czym w ogóle jest szeroka bioindykacja. Doszłam do wniosku, że jest to wykorzystanie organizmów żywych do oceny stanu środowiska. Mogą to być całe gatunki lub ich poszczególne elementy. W celu bioindykacji możemy analizować aktywność enzymatyczną organizmów żywych. Monitoring przyrodniczy może obejmować ekosystemy mniej lub bardziej ważne, bowiem reakcje organizmów żywych na zmiany otoczenia pozwolą nam na wykrycie różnego rodzaju skażeń (zaburzeń, zmian) środowiska, a także określenie stopnia jego naturalności. Teraz byłam już krok bliżej rozwiązani problemu biomnitoringu w kontekście świni domowej i epigenetyki.

Epigenetyka – co to takiego? Epigenetyka to termin powstały z dwóch słów: epigeneza i genetyka, zaproponowany przez Waddingtona w celu wyjaśnienia mechanizmów różnicowania w rozwoju organizmów, w jego teorii pejzażu epigenetycznego, bowiem, tak naprawdę zjawiska epigenetyczne „malują” nas. Bardzo łatwo wytłumaczyć to na przykładzie bliźniąt jednojajowych. Bliźnięta jednojajowe rodzą się raz na 250 urodzeń na świecie. Z nieznanych dotąd powodów zapłodniona komórka jajowa kopiuje się i powstają dwa oddzielne, identyczne genetycznie embriony, ale podczas rozwoju, wzrostu i dorastania zaczynają doświadczać różnic w otaczającym środowisku, z których niektóre mogą wpłynąć na wygląd i zachowanie bliźniaków. Co może również tłumaczyć dlaczego bliźnięta jednojajowe nie zapadają na te same choroby np. cukrzycę typu I. Dotychczasowy stan wiedzy pozwala stwierdzić, że ekspozycja na czynniki środowiska podczas krytycznych faz rozwoju, takich jak np. okres okołozapłodnieniowy, powoduje trwałe zmiany w fizjologii i metabolizmie organizmów. Istnieje wiele przykładów tego procesu zaobserwowanych w przyrodzie. Jednym z nich jest mechanizm, który determinuje płeć krokodyli i aligatorów. Jaja krokodyli i aligatorów składane są w kopcach ziemnych, w których panuje gradient temperatury. W większości przypadków z jaj wylęgają się samice, ponieważ tylko wtedy, gdy jaja przebywają w zakresie temperatury 4 – 5°C istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że wylęgną się samce. Uważa się, że temperatura wpływa na ekspresję genu aromatazy cytochromu P450, która jest odpowiedzialna za syntezę estrogenów. Ssaki również podlegają wpływowi czynników środowiska podczas wczesnego rozwoju i jest to szczególnie interesujące w kontekście prawidłowego żywienia, a także ludzkiego zdrowia i chorób. W 2011 roku ruszył projekt zsekwencjonowania ludzkiego epigenomu, 41 instytucji i ponad 50 czołowych badaczy z całej Europy zaczęło współpracę w ramach projektu Blueprint prowadzonego pod egidą Komisji Europejskiej. Celem projektu jest zsekwencjonowanie ludzkiego epigenomu, co ma pomóc w zrozumieniu jak epigenom kształtuję ekspresję genów.

Ale, gdzie w tym wszystkim jest miejsce na świnię domową. Świnia domowa (Sus scrofa domestica) jest organizmem modelowym. Świnie są łatwe i tanie w hodowli, rozmnażają się szybko, mają liczne potomstwo. Zwierzęta te łatwo poddają się zabiegom inżynierii genetycznej. Mają zbliżone parametry anatomiczne i fizjologiczne do człowieka. Zbliżona jest osmolarność moczu, wielkość filtracji kłębuszkowej i przepływ krwi przez nerki. Podobny jest też rzut minutowy serca i ciśnienie tętnicze. Niektóre hormony (np. insulina) oraz czynniki tkankowe (czynnik VIII krzepnięcia) działają na organizm człowieka, co potwierdza ich zastosowanie w badaniach klinicznych. Perfuzja krwi przez wątrobę świni umożliwia detoksykację chorych w śpiączce wątrobowej. Świnia domowa pochodzi od dzika, którego udomowienie miało miejsce około 7 tys. lat temu w Azji, a następnie w Europie. Za przodków świń uważa się podgatunki dzika europejskiego (Sus scrofa): Sus scrofa scrofa, który występował w Europie i północnej Afryce oraz azjatyckich Sus scrofa cristatus i Sus scrofa vittatus. Archeolodzy z Durham University w Wielkiej Brytanii twierdzą, że pierwsze świnie przywędrowały do Europy ze Środkowego Wschodu wraz z rolnikami z epoki kamiennej, 6800 – 4000 lat temu, a dopiero po ich przybyciu rozpoczął się proces udomowiania dzika. W wyniku udomowienia świnia różni się od swoich dzikich przodków oraz ras prymitywnych. Nocny tryb życia zamienił się na dzienny, zmienił się także rozród – u dzikiego przodka, występował tylko jeden okres rozrodu przypadający na grudzień, u świni współczesnej występują w miarę regularne cykle płciowe (rujowe) trwające zwykle 21 dni. 

Dlaczego świnia domowa nie może być bioindykatorem stanu środowiska ? Może i jest. Wiele badań przeprowadzonych z wykorzystaniem tkanek pochodzących od świni pozwoliło określić wpływ różnych substancji chemicznych, hormonów, temperatury, długość dnia świetlnego, sposobu żywienia i stresu na organizm świni, a uzyskane wyniki odnieść do organizmu człowieka, bądź innych gatunków zwierząt. W celu bioindykacji możemy przecież analizować również aktywność enzymatyczną, sekrecję danych hormonów pod wpływem różnych czynników i substancji chemicznych na organizm żywy, bądź fragment tkanki. „Zwykli śmiertelnicy” nie wiedzą nawet jak wspaniałą i tajemniczą biocenozą jest każdy organizm żywy. Monitoring wpływu różnych czynników np. podczas hodowli in vitro fragmentów tkanki macicy świni pozwala określić wpływ tych czynników na sekrecję hormonów podczas różnych okresów wczesnej ciąży lub cyklu. Monitoring zmian sekrecji np. hormonów pozwoli wykryć różne zaburzenia i zmiany w mikrośrodowisku macicy. Jest to bardzo ważne z punktu widzenia hodowców trzody chlewnej. Sukces reprodukcyjny u świni domowej wynosi 25%, czyli istnieje wysoka wczesna śmiertelność zarodków, która dotyczy zarówno ludzi jak i zwierząt. Straty zarodków u świń występują między 2 a 3 tygodniem ciąży. Aby zwiększyć przeżywalność zarodków należy w pełni zrozumieć: hormonalną kontrolę biologicznej owulacji, poznać czynniki regulujące tempo rozwoju zarodka, pojemność rogów macicy, rozwój naczyń i gruczołów macicy, a także rozwój ukrwienia łożyska. Mikrośrodowisko macicy zmienia się podczas ciąży, co znacznie wpływa na przeżywalność zarodków. Optymalna wielkość miotu u świń wynosi 14 prosiąt lub nawet więcej, jednak ilość prosiąt w miocie wynosi 10,5 (USDA, 2001). Mimo, że już od dawna uznano, że zwiększenie liczebności miotów zwiększy efektywność produkcji, znacznej poprawy nie osiągnięto.

Podsumowując, zarówno poznanie tajemnicy epigenomu, który kontroluje i steruje naszym DNA, a także określenie biomarkerów mikrośrodowiska macicy świni pozwoli na połączenie biomonitoringu i umożliwi analizy mikrośrodowiska w organizmie, który na pierwszy „rzut oka” nie może być bioindykatorem. A jak powiedział Edwards Deming „Nie jest wystarczające robić coś najlepiej, musisz wiedzieć co robisz i wtedy robisz to najlepiej”. Dlatego nie możemy patrzeć na niektóre problemy tylko utartymi schematami, czasami trzeba spojrzeć szeroko na problem, aby znaleźć właściwe rozwiązanie. 

Kamila Zglejc 
(Katedra Fizjologii Zwierząt)