Над 200 учени от цял свят ще обсъждат в София епигенетичните механизми на адаптация на растенията към климатичните промени

Публикация / EXPLORER

Дата на публикуване :: 26.05.2023 , 09:17 ч. , JSCI Идентификатор 30136

Редактор: Александра Томова

Абстракт:: Въпреки че генетичните изследвания са насочени основно към ролята на ДНК при определянето на характеристиките на даден организъм, в последните години става все по-ясно, че гените не са статични единици, а могат да бъдат повлияни от вътрешни и външни фактори като климат, диета, стрес, социални взаимодействия и др. Епигенетичните изследвания в България са свързани с биомедицината, като малък брой учени се занимават с растителна епигенетика, въпреки нейната важност в контекста на климатичните промени.Това каза в интервю проф. Валя Василева, директор на Института по физиология на растенията и генетика към Българската академия на науките.

Приложения към публикацията: N/A

Публкацията е част от
НАУКАТА+ / JSCI Plus Архив

Пълен текст (JSCI 30136)

Прочетена 1963

Въпреки че генетичните изследвания са насочени основно към ролята на ДНК при определянето на характеристиките на даден организъм, в последните години става все по-ясно, че гените не са статични единици, а могат да бъдат повлияни от вътрешни и външни фактори като климат, диета, стрес, социални взаимодействия и др. Епигенетичните изследвания в България са свързани с биомедицината, като малък брой учени се занимават с растителна епигенетика, въпреки нейната важност в контекста на климатичните промени. Това каза в интервю проф. Валя Василева, директор на Института по физиология на растенията и генетика към Българската академия на науките.

В България ще се състои форум на световните учени, които имат интерес към тази област на науката.

Институтът по физиология на растенията и генетика (ИФРГ) организира Третата международна конференция на научната мрежа EPI-CATCH „Еpigenetic mechanisms of crop adaptation to climate change - CA19125“ (Епигенетични механизми на адаптация на културните растения към климатичните промени), финансирана от Европейската програма за сътрудничество в областта на научните изследвания и технологии (COST). Конференцията ще се проведе в зала „проф. Марин Дринов“ на БАН от 30 май до 1 юни 2023 г. в хибриден формат, като над 100 учени ще участват присъствено и още толкова ще се включат онлайн.

Освен представители на много европейски държави, дистанционно ще участват и учени от Япония, Китай, Нова Зенландия, Бразилия, Аржентина, Индия и др. В събитието са регистрирани участници от общо 29 страни.

Основната цел на EPI-CATCH мрежата е създаването на общоевропейска рамка за генериране и споделяне на знания и умения в областта на растителната епигенетика.

Разбирането на епигенетичните механизми в растенията може да помогне на изследователите да разработят стратегии за подобряване на характеристиките на важни стопански култури като повишена устойчивост към стрес и болести, по-добра хранителна стойност и добив, което ще гарантира продоволствена сигурност, каза проф. Василева.

По отношение на човека е известно, че изучаването на епигенетичната регулация дава потенциални възможности за частично преодоляване на някои наследствени заболявания, изборът на начин на живот може да намали риска от тяхното развитие и смекчи въздействието им върху организмите, каза в отговор на въпрос ученият.

Епигенетичните изследвания могат да допринесат за развитието на персонализиран медицински подход. Чрез анализиране на епигенетичния профил на индивида е възможно да се идентифицират специфични епигенетични модификации, свързани с наследствени заболявания, и съответно да се адаптират стратегии за лечение. Този персонализиран подход би могъл да доведе до по-ефективни и прецизни лечения на лица в риск, посочи още директорът на ИФРГ.

Следва пълният текст на интервюто:

Епигенетиката е една от най-бързо развиващите се научни области в момента. Разкажете с какво се занимава тя?

Eпигенетиката е сравнително нова научна област (επ– на гръцки означава „над”, „извън пределите”, т.е. „надгенетика”), която изучава измененията в активността на гените без промени в основната последователност на ДНК базите, и унаследяването на тези промени от поколенията.

Традиционно генетичните изследвания са насочени към ДНК и нейната роля при определянето на характеристиките на даден организъм. Въпреки това става все по-ясно, че нашите гени не са статични единици, а могат да бъдат повлияни от вътрешни и външни фактори като диета, стрес, социални взаимодействия и др. Епигенетиката се стреми да разбере влиянието на тези фактори и техния ефект върху генната активност.

Епигенетичните изследвания разглеждат химическите модификации на ДНК молекулата и свързаните с нея белтъци. Тези модификации, известни като епигенетични белези, действат като превключватели, които могат да включват или изключват гените или да модулират нивата на тяхната активност. Най-известният епигенетичен белег е метилирането на ДНК, където към специфични региони на веригата на ДНК се добавят метилови групи, повлиявайки генната активност. Други епигенетични механизми са хистоновите модификации, които променят структурата и достъпността на ДНК, както и некодиращите РНК молекули, които също могат да регулират генната експресия.

Епигенетичните промени унаследяват ли се в потомството?

Да, епигенетичните промени могат да бъдат унаследени в потомството. Докато самата ДНК последователност остава непроменена, епигенетичните модификации на ДНК и свързаните с нея белтъци могат да се предават от едно поколение на друго. Това явление е известно като трансгенерационно епигенетично унаследяване. Този тип унаследяване предполага, че ефектите от факторите на околната среда, изпитвани от даден индивид, могат да бъдат предадени на неговото потомство чрез епигенетични модификации. Например, установено е, че определени влияния като диета, стрес и излагане на токсини, могат да доведат до епигенетични промени в зародишните клетки или ранните ембриони. При редица сериозни заболявания като Алцхаймер, тумори, диабет, множествена склероза, депресии, някои гени са в състояние на активност, обратно на нормалното. Тези промени могат да се пренесат в следващите поколения, като повлияят моделите на генна активност и съответно фенотипа и здравето на потомството. Важно е да се отбележи обаче, че не всички епигенетични промени се унаследяват. Някои от тях са динамични и могат да изчезнат или да бъдат променени по време на ранното развитие на индивидите, докато други могат да се предават на следващите поколения. Степента и стабилността на епигенетичното унаследяване зависи от вида на епигенетичния белег, засегнатите геномни региони и условията на околната среда.

Има ли оптимизъм за човека, растенията и животните чрез епигенетичната регулация да преборим някои наследствени заболявания?

Изучаването на епигенетичната регулация дава потенциални възможности за частично преодоляване на някои наследствени заболявания, изборът на начин на живот може да намали риска от тяхното развитие и смекчи въздействието им върху организмите.

Ето няколко причини, поради които може да има оптимизъм:

Целеви интервенции: Епигенетичните модификации са обратими, което означава, че е възможно да се разработят целеви интервенции за модулиране на генната активност и противодействие на ефектите от наследствените заболявания. Чрез разбирането на специфичните епигенетични промени, свързани с конкретно състояние, могат да се разработят терапии или интервенции, които да възстановят нормалните модели на генна активност.

Персонализирана медицина: Епигенетичните изследвания могат да допринесат за развитието на персонализиран медицински подход. Чрез анализиране на епигенетичния профил на индивида е възможно да се идентифицират специфични епигенетични модификации, свързани с наследствени заболявания, и съответно да се адаптират стратегии за лечение. Този персонализиран подход би могъл да доведе до по-ефективни и прецизни лечения на лица в риск.

Фактори на околната среда: Чрез разбирането на въздействието на факторите на околната среда върху епигенетичните белези биха могли да се разработят стратегии за облекчаване на техните отрицателни ефекти. Например, промените в начина на живот, като диета и упражнения, могат потенциално да повлияят епигенетичните белези и да намалят риска от развитие на определени наследствени заболявания. Този факт оспорва детерминистичния възглед за генетичното наследство и предлага по-нюансирано разбиране за модифицирането на генетичните предразположения от факторите на околната среда.

Въпреки оптимизма около потенциала на епигенетичната регулация за преодоляване на наследствените заболявания, важно е да се отбележи, че все още са необходими много изследвания за пълното разбиране насложността и ограниченията на епигенетичните интервенции. Изисква се мултидисциплинарен подход, включващ генетика, епигенетика, науки за околната среда и клинични изследвания, за да се достигне до практическо прилагане на тези открития. Освен това трябва да се вземат предвид и етичните принципи, както и внимателно да се оценят потенциалните рискове и ползи.

Кога възникват епигенетични модификации в растенията? Разкажете за вашите проучвания и за обектите на изследване във вашата лаборатория? С какво са важни тези изследвания за хората?

Подобно на животните, растенията също използват епигенетични механизми за регулиране на генната активност и адаптиране към заобикалящата ги среда.

Изследванията в областта на растителната епигенетика са насочени към разбирането на специфичните епигенетични промени в растенията, техните основни механизми и функционални последици. Учените проучват различни епигенетични белези като метилиране на ДНК, хистонови модификации, ремоделиране на хроматина и некодиращи РНК, върху генната експресия, развитието, отговора към стрес и адаптацията на растенията към екстремни условия.

Обектите на изследване зависят от специфичните интереси на всяка лаборатория. Някои лаборатории се съсредоточават върху моделни растителни видове, като Arabidopsis thaliana - растение със сравнително малък и добре проучен геном. Други лаборатории изследват важни селскостопански култури като ориз, пшеница, царевица или соя, с цел подобряване на добива, устойчивостта към стрес или хранителните качества чрез епигенетична манипулация.

Изследванията в нашата лаборатория „Регулация на генната експресия“ са насочени към метилирането на ДНК – епигенетична модификация, при която се добавя метилова група към ДНК молекулата чрез ензими, наречени метилтрансферази. Метилирането променя нивото на експресия на гена, като действа като препятствие, което пречи на молекулярната машина достъп до ДНК. По-просто казано, при повишено метилиране, генът е неактивен или с намалена активност, но метилирането също така води и до активиране на някои гени. Мутациите в метилационните системи на животинските организми имат летален ефект, което затруднява тяхното проучване. Затова се търсят алтернативни експериментални системи за изследване. Интересен е фактът, че механизмите на метилиране в бозайниците са по-сходни с тези в растенията, в сравнение с други животински видове. За разлика от бозайниците обаче, растенията са толерантни към промени или липса на метилиране и могат да дадат поколение, което ги прави чудесна експериментална система за проучване на метилационните механизми. Ние използваме моделното растение Arabidopsis thaliana за проучване и сравняване на механизмите на метилиране при бозайници и растения. Изследваме характеристиките на ензими, които са от решаващо значение за поддържащото ДНК метилиране в тези организми.

Епигенетичните изследвания на растенията са изключително важни в няколко насоки:

Подобряване на селскостопански култури: Разбирането на епигенетичните механизми в растенията може да подпомогне разработването на стратегии за подобряване на важни характеристики на стопанските култури като повишена устойчивост към стрес и болести, по-добра хранителна стойност и потенциал за добив. По такъв начин, манипулирането на епигенетичните белези води до продоволствена сигурност.

Адаптиране към околната среда: Растенията са изправени пред различни екологични предизвикателства като температурни колебания, засушаване, липса на хранителни вещества и др. Епигенетичните изследвания могат да разкрият механизмите, чрез които те се адаптират към тези условия, което да подпомогне разработването на по-устойчиви към екстремни условия сортове култури.

Консервация и възстановяване: Разбирането на епигенетичите механизми, лежащи в основата на адаптацията на растенията и отговорите към промените в околната среда може да подпомогне опазването и възстановяването на застрашени видове растения и екосистеми.

Медицински и фармацевтични приложения: Много растителни видове произвеждат биоактивни съединения с лечебни свойства. Епигенетичните изследвания могат да подпомогнат оптимизирането на производството на тези съединения чрез разбиране на регулирането на съответните биосинтетични пътища. Това съответно ще има отражение върху разработването на билкови лекарства и фармацевтични продукти.

Като цяло епигенетичните изследвания на растенията са важни за справяне с глобални предизвикателства като продоволствена сигурност, устойчивост към околната среда и човешкото здраве. Чрез разкриване на епигенетичните механизми учените могат да предоставят инструменти за подобряване на производството на култури, разработване на устойчиви селскостопански практики, опазване на растителното биоразнообразие и овладяване на лечебния потенциал на растенията.

Какви теми са застъпени в предстоящата конференция?

Програмата на конференцията включва лектори от 20 страни, разпределени в три основни научни сесии:

1. Епигенетичeн отговор на растенията към стресови фактори от околната среда;

2. Нови концепции и преспективи;

3. Изследователски подходи в растителната епигенетика за подобряване на културните растения.

Конференцията предоставя изключителна възможност на изследователите да споделят, обсъждат и координират най-новите изследвания в областта на растителната епигенетика.

Има ли интерес на нашите учени към тази тематика и как стоят те в международната научна общност?

В България интересът към епигенетичните изследвания нараства, като има учени и изследователски групи, активно ангажирани в тази област. Български изследователи се включват в изучаване на ролята на епигенетичните модификации при различни заболявания и потенциалното им терапевтично използване. Въпреки че България не е получила световно признание в епигенетичните изследвания в същата степен както някои други страни, налице са талантливи учени, които работят за разширяване на присъствието на страната в тази област. Повечето от епигенетичните изследвания обаче са свързани с биомедицината, като много малък брой учени се занимават с растителна епигенетика. Поради изключителната важност на тези проблеми в светлината на климатичните промени, научната общност в България трябва да бъде в крак с новостите в растителната епигенетика, а изследователите да се включват активно в международни конференции, обучителни семинари и сътрудничества.

В тази връзка, участието на български учени в предстоящата конференция на COST мрежата EPI-CATCH предоставя чудесна възможност за установяване и задълбочаване на научни сътрудничества, обмяна на знания и идеи, както и за глобалното разбиране на епигенетиката. Конференцията може да даде съществен тласък в развитието на епигенетичните изследвания в областта на растителната биология.

Публикация / Новини (JSCI 30136)
Дата на публикуване :: 26.05.2023, 09:17 ч.

Публикацията е включена и в информационните бюлетини за абонатите на JSCI. Изберете от предлаганите възможности за абонамент, за да получавате редовни актуализации във Вашите области на интерес.

ОЩЕ ОТ РУБРИКАТА

Ухапване от комар: Съвети, които облекчават и лекуват по-бързо ухапванията