So it all came to life in a dark bar in Madrid. I encountered my colleague from McGill, Michael Meaney. And we were drinking a few beers, and like scientists do, he told me about his work. And he told me that he is interested in how mother rats lick their pups after they were born. And I was sitting there and saying, "This is where my tax dollars are wasted --
Az egész ügy egy sötét madridi bárban kezdődött. Összefutottam az egyik mcGilli kollégámmal, Michael Meaneyvel. Mi is bedobtunk pár korsó sört. s mint minden tudós, ő is munkájáról csevegett. Elmondta: az érdekli, hogy a nőstény patkányok ellés után hogyan nyalják le kölykeiket. Csak ültem, és azt mondtam: "Na, mire pocsékolják adódollárjaimat:
(Laughter)
(Nevetés)
on this kind of soft science."
az ilyen társadalomtudományi kutatásokra."
And he started telling me that the rats, like humans, lick their pups in very different ways. Some mothers do a lot of that, some mothers do very little, and most are in between. But what's interesting about it is when he follows these pups when they become adults -- like, years in human life, long after their mother died. They are completely different animals. The animals that were licked and groomed heavily, the high-licking and grooming, are not stressed. They have different sexual behavior. They have a different way of living than those that were not treated as intensively by their mothers.
Kezdett mesélni róla, hogy a patkány olyan, mint az ember, különböző módon nyalja le a kicsinyeit. Bizonyos anyák bőségesen, mások kevésbé, a többiek átlagosan. De érdekes megfigyelni a patkány-fiakat, amikor fölnőnek, emberi léptékkel mérve évek múlva, anyjuk halála után jóval később. Az állatok egészen másként viselkednek. Amelyeket gondoztak és gyakran lenyaltak, amelyek a legtöbb törődést kapták, nem nyugtalankodtak. Más volt a szexuális viselkedésük. Más volt az életmódjuk, mint amelyekről anyjuk nem gondoskodott ennyire figyelmesen.
So then I was thinking to myself: Is this magic? How does this work? As geneticists would like you to think, perhaps the mother had the "bad mother" gene that caused her pups to be stressful, and then it was passed from generation to generation; it's all determined by genetics. Or is it possible that something else is going on here?
Eltöprengtem: Mi ez, varázslat? Hogy lehet ez? A genetikusok azt mondanák, hogy a patkányban tán van egy "rossz anya" gén, amely nemzedékről nemzedékre öröklődik, és állandó nyugtalanságra készteti a patkány-fiakat. Mindent a genetika dönt el. Lehet, hogy valami más okozza?
In rats, we can ask this question and answer it. So what we did is a cross-fostering experiment. You essentially separate the litter, the babies of this rat, at birth, to two kinds of fostering mothers -- not the real mothers, but mothers that will take care of them: high-licking mothers and low-licking mothers. And you can do the opposite with the low-licking pups. And the remarkable answer was, it wasn't important what gene you got from your mother. It was not the biological mother that defined this property of these rats. It is the mother that took care of the pups. So how can this work?
Patkányok révén kérdésünkre választ találhatunk. Kísérletünkben kicseréltük az alomban lévő utódokat. Elléskor elválasztottuk anyjuktól a kölyköket, és kéttípusú dajkához raktuk őket valódi anyjuk helyett: sokat nyalogató s gondozó és keveset nyalogató s gondozó anyákhoz. A keveset nyalogatott kölykökkel az ellenkezőt lehet tenni. A válasz elképesztő volt: nem az számít, anyjuktól milyen gént örököltek. Nem biológiai anyjuk szabták meg a patkányok eme tulajdonságát, hanem az őket gondozó dajka. Hogy működik ez?
I am an a epigeneticist. I am interested in how genes are marked by a chemical mark during embryogenesis, during the time we're in the womb of our mothers, and decide which gene will be expressed in what tissue. Different genes are expressed in the brain than in the liver and the eye. And we thought: Is it possible that the mother is somehow reprogramming the gene of her offspring through her behavior? And we spent 10 years, and we found that there is a cascade of biochemical events by which the licking and grooming of the mother, the care of the mother, is translated to biochemical signals that go into the nucleus and into the DNA and program it differently. So now the animal can prepare itself for life: Is life going to be harsh? Is there going to be a lot of food? Are there going to be a lot of cats and snakes around, or will I live in an upper-class neighborhood where all I have to do is behave well and proper, and that will gain me social acceptance? And now one can think about how important that process can be for our lives.
Epigenetikus vagyok. Az érdekel, hogyan jelölődnek meg kémiailag a gének embriógenezis alatt, amikor az anyaméhben vagyunk, és mi dönti el, hogy melyik gén fog kifejeződni valamelyik szövetben. Az agyban egész más gének fejeződnek ki, mint a májban vagy a szemben. Arra gondoltunk: lehetséges, hogy viselkedésével az anya átprogramozza kicsinye génjét? Tíz évet dolgoztunk ezen, és rájöttünk, hogy létezik biokémiai folyamatok láncolata, amelyekkel a lenyalás, az anyai gondoskodás biokémiai jelekké alakul át, amelyek a sejtmagba és a DNS-be kerülve átprogramozzák őket. Az állat fölkészülhet az életre: Kíméletlen lesz-e az élet? Lesz-e elég élelmem? Sok macska és kígyó lesz a környezetemben? A felső osztályba fogok-e tartozni, ahol rendesen kell viselkednem, hogy társadalmilag elfogadjanak? Elképzelhetjük, milyen fontos e folyamat életünk szempontjából.
We inherit our DNA from our ancestors. The DNA is old. It evolved during evolution. But it doesn't tell us if you are going to be born in Stockholm, where the days are long in the summer and short in the winter, or in Ecuador, where there's an equal number of hours for day and night all year round. And that has such an enormous [effect] on our physiology. So what we suggest is, perhaps what happens early in life, those signals that come through the mother, tell the child what kind of social world you're going to be living in. It will be harsh, and you'd better be anxious and be stressful, or it's going to be an easy world, and you have to be different. Is it going to be a world with a lot of light or little light? Is it going to be a world with a lot of food or little food? If there's no food around, you'd better develop your brain to binge whenever you see a meal, or store every piece of food that you have as fat.
Őseinktől örököljük a DNS-t. A DNS régi. Az evolúció során változott. De azt nem közli, hogy Stockholmban születünk meg, ahol a nappalok nyáron hosszúak, télen meg rövidek; vagy Ecuadorban, ahol a nappalok és éjszakák egész évben egyforma hosszúak. Pedig ennek óriási a hatása fiziológiánkra. Úgy véljük, lehetséges, hogy a gyerekkorunkban történtek az anyától jövő jelek alakjában közli a gyerekkel, milyen környezetben fog élni. Kegyetlen lesz-e, ahol résen kell lennünk s álljunk készen mindenre, vagy kellemes lesz, és nyugodtak lehetünk. Sok lesz a fény vagy kevés? Bőséggel lesz élelem vagy szűkösen? Ha szűkösen, jobb, ha agyunkat ráállítjuk: együk tele magunkat, ha épp élelmet találunk, vagy zsír alakjában tároljunk el minden falatkát.
So this is good. Evolution has selected this to allow our fixed, old DNA to function in a dynamic way in new environments. But sometimes things can go wrong; for example, if you're born to a poor family and the signals are, "You better binge, you better eat every piece of food you're going to encounter." But now we humans and our brain have evolved, have changed evolution even faster. Now you can buy McDonald's for one dollar. And therefore, the preparation that we had by our mothers is turning out to be maladaptive. The same preparation that was supposed to protect us from hunger and famine is going to cause obesity, cardiovascular problems and metabolic disease. So this concept that genes could be marked by our experience, and especially the early life experience, can provide us a unifying explanation of both health and disease.
Ez jó. Az evolúció ezt választotta, hogy régi, változatlan DNS-ünk új helyzetben dinamikusan működhessen. De néha a dolgok rosszul alakulnak, pl. ha szegény családba születünk, a jel: "jobb, ha zabálsz, jobb, ha minden eléd kerülő falatot megeszel." Az emberi agy fejlődött, ami meggyorsította az evolúciót. Ma a McDonald'sban egy dollárért ehetünk, ezért amire anyánk fölkészített, már nem hatékony. Az éhezéstől és éhínségtől megóvó felkészítés ma elhízást, szív- s érrendszeri és anyagcsere-betegségeket okoz. Az elmélet, hogy tapasztalatunk, különösen gyerekkori tapasztalatunk hatással van a génekre, egységes magyarázatot nyújt mind az egészségre, mind a betegségre.
But is true only for rats? The problem is, we cannot test this in humans, because ethically, we cannot administer child adversity in a random way. So if a poor child develops a certain property, we don't know whether this is caused by poverty or whether poor people have bad genes. So geneticists will try to tell you that poor people are poor because their genes make them poor. Epigeneticists will tell you poor people are in a bad environment or an impoverished environment that creates that phenotype, that property.
De ez csak a patkányra igaz? Az a nehézség, hogy ezt emberen nem tudjuk tesztelni, minthogy nem etikus gyerekeket kitenni az élet viszontagságainak. Ha egy szegény gyerekben kifejlődik valamilyen tulajdonság, nem értjük, a szegénység miatt-e, vagy mert a szegényeknek rosszak a génjeik. A genetikusok azt fogják állítani, hogy a szegények azért azok, mert a génjeik teszik őket azzá. Az epigenetikusok pedig azt, hogy a szegényeknél rossz vagy elszegényedett környezet alakítja ki a fenotípust, a tulajdonságot.
So we moved to look into our cousins, the monkeys. My colleague, Stephen Suomi, has been rearing monkeys in two different ways: randomly separated the monkey from the mother and reared her with a nurse and surrogate motherhood conditions. So these monkeys didn't have a mother; they had a nurse. And other monkeys were reared with their normal, natural mothers. And when they were old, they were completely different animals. The monkeys that had a mother did not care about alcohol, they were not sexually aggressive. The monkeys that didn't have a mother were aggressive, were stressed and were alcoholics. So we looked at their DNA early after birth, to see: Is it possible that the mother is marking? Is there a signature of the mother in the DNA of the offspring?
Úgyhogy unokatestvéreinket, a majmokat vettük elő. Stephen Suomi kollégám két módon nevelt majmokat: Véletlenszerűen választott el kölyköket az anyjuktól, és dajkára bízta őket, aki nevelgette őket. E majmoknak nem volt anyjuk, hanem csak dajkájuk. A többi majmot biológiai anyjuk nevelte. Felnőve egészen más állatok váltak belőlük. Az anyjuk nevelte majmokat nem érdekelte az alkohol, szexuálisan nem voltak agresszívak. Az anya nélkül fölnőtt majmok agresszívak, szorongók és alkoholisták lettek. Közvetlenül születésük után megvizsgáltuk DNS-üket, hogy tudjuk: lehet, hogy anyjuk jelöli meg génjüket? Ott van-e az anya markere az utódja DNS-ében?
These are Day-14 monkeys, and what you see here is the modern way by which we study epigenetics. We can now map those chemical marks, which we call methylation marks, on DNA at a single nucleotide resolution. We can map the entire genome. We can now compare the monkey that had a mother or not. And here's a visual presentation of this. What you see is the genes that got more methylated are red. The genes that got less methylated are green. You can see many genes are changing, because not having a mother is not just one thing -- it affects the whole way; it sends signals about the whole way your world is going to look when you become an adult. And you can see the two groups of monkeys extremely well-separated from each other. How early does this develop? These monkeys already didn't see their mothers, so they had a social experience. Do we sense our social status, even at the moment of birth?
Ezek 14 napos majmok. Az epigenetikai vizsgálat modern módszerét láthatjuk. Föltérképezhetjük a metilációmarker nevű, a DNS-en lévő kémiai markereket egy mononukleotidban. Az egész genomot föltérképezhetjük. Összevethetjük az anyai neveléssel és a nélküle fölnőtt majmokat. Itt ezt ábrán szemléltetjük. Pirossal jelöltük az erősebben metilált géneket, zölddel a gyengébben metiláltakat. Látható, hogy sok gén változott, mert az anya hiánya nemcsak egy tényezőre hat, hanem valamennyit befolyásolja, és jelzi, milyen lesz a környező világ, amikor felnövünk. Láthatjuk a majmok gyökeresen eltérő két csoportját. Mikor megy a változás végbe? E majmok nem látták anyjukat, s így szereztek társadalmi tapasztalatot. Már születésünkkor tudatosul bennünk társadalmi státuszunk?
So in this experiment, we took placentas of monkeys that had different social status. What's interesting about social rank is that across all living beings, they will structure themselves by hierarchy. Monkey number one is the boss; monkey number four is the peon. You put four monkeys in a cage, there will always be a boss and always be a peon. And what's interesting is that the monkey number one is much healthier than monkey number four. And if you put them in a cage, monkey number one will not eat as much. Monkey number four will eat [a lot]. And what you see here in this methylation mapping, a dramatic separation at birth of the animals that had a high social status versus the animals that did not have a high status.
Egy újabb kísérletben megvizsgáltuk különböző társadalmi státuszú majmok méhlepényét. A társadalmi státuszt illetően érdekes, hogy minden élőlény hierarchiába rendeződik. Az egyes számú majom a főnök, a négyes számú a csicska. Négy majmot ketrecbe összezárva mindig lesz köztük főnök és csicska. Érdekes, hogy az egyes számú majom sokkal egészségesebb, mint a négyes számú. Ha ketrecbe zárjuk össze őket, az egyes számú nem eszik túl sokat. A négyes számú sokat fog enni. A metilációs képen látjuk, hogy születéskor elképesztő különbség van a magas és a kevésbé magas társadalmi státuszú majmok között.
So we are born already knowing the social information, and that social information is not bad or good, it just prepares us for life, because we have to program our biology differently if we are in the high or the low social status.
Már társadalmi információval születünk, amely se nem jó, se nem rossz, csupán az életre készít föl, mert biológiánkat eltérően kell programoznunk attól függően, hogy magas vagy alacsony társadalmi státuszúak vagyunk.
But how can you study this in humans? We can't do experiments, we can't administer adversity to humans. But God does experiments with humans, and it's called natural disasters.
De hogyan tanulmányozható ez embereken? Nem kísérletezgethetünk, nem tehetünk ki embereket hányattatásoknak. De Isten kísérletezget velünk, ezeket hívjuk természeti csapásoknak.
One of the hardest natural disasters in Canadian history happened in my province of Quebec. It's the ice storm of 1998. We lost our entire electrical grid because of an ice storm when the temperatures were, in the dead of winter in Quebec, minus 20 to minus 30. And there were pregnant mothers during that time. And my colleague Suzanne King followed the children of these mothers for 15 years.
Kanada történetének egyik legszörnyűbb természeti csapása Quebec tartományban történt. Ez az 1998-as viharos ónos eső volt, amely a tél közepén tönkretette az egész elektromos hálózatot, amikor a hőmérséklet Quebecben nem haladta meg a mínusz 20–30 °C-t. Az időben is voltak terhes nők. Gyerekeiket Suzanne King kolléganőm 15 éven keresztül figyelte.
And what happened was, that as the stress increased -- and here we had objective measures of stress: How long were you without power? Where did you spend your time? Was it in your mother-in-law's apartment or in some posh country home? So all of these added up to a social stress scale, and you can ask the question: How did the children look? And it appears that as stress increases, the children develop more autism, they develop more metabolic diseases and they develop more autoimmune diseases. We would map the methylation state, and again, you see the green genes becoming red as stress increases, the red genes becoming green as stress increases, an entire rearrangement of the genome in response to stress.
Ahogy a stressz nőtt, – a teszt mérésére objektív mércénk van: Meddig volt áramellátás nélkül? Az időt flancos nyaralóban vagy anyósa lakásában töltötte? Mindezek hozzáadódtak a társadalmi stresszskálához. Eltűnődhetünk: Milyenek voltak a gyerekek? Kiderült, hogy a stressz-szint növekedésével nőtt az autizmus kialakulásának gyakorisága, több anyagcsere-betegség és több autoimmun betegség lépett föl. Összeállíthatjuk a DNS metilációs térképét, és ismét megfigyelhető, hogy a stressz fokozódásával a zöld gének pirossá, a pirosak zölddé válnak. Stressz hatására az egész genom átalakul.
So if we can program genes, if we are not just the slaves of the history of our genes, that they could be programmed, can we deprogram them? Because epigenetic causes can cause diseases like cancer, metabolic disease and mental health diseases.
Ha programozhatjuk a géneket, ha nemcsak rabjai vagyunk genetikai történetünknek, visszafelé is programozhatjuk a géneket? Mert az epigenetikai tényezők rákot, anyagcsere-betegségeket, elmebetegségeket okozhatnak.
Let's talk about cocaine addiction. Cocaine addiction is a terrible situation that can lead to death and to loss of human life. We asked the question: Can we reprogram the addicted brain to make that animal not addicted anymore? We used a cocaine addiction model that recapitulates what happens in humans. In humans, you're in high school, some friends suggest you use some cocaine, you take cocaine, nothing happens. Months pass by, something reminds you of what happened the first time, a pusher pushes cocaine, and you become addicted and your life has changed.
Beszéljünk a kokainfüggőségről! A kokainfüggőség szörnyű helyzet, amely halált okozhat. Kíváncsiak voltunk, átprogramozhatjuk-e a függő állat agyát, hogy függősége megszűnjön? Kokainfüggőségi modellt alkalmaztunk, amely reprodukálja, ami az emberben történik. A gimiben valamelyik barátunk rávesz a kokain kipróbálására. Kipróbáljuk, nem történik semmi. Hónapokkal később valami eszünkbe juttatja a történteket, a dílertől kokaint kapunk, függővé válunk, s életünk megváltozik.
In rats, we do the same thing. My colleague, Gal Yadid, he trains the animals to get used to cocaine, then for one month, no cocaine. Then he reminds them of the party when they saw the cocaine the first time by cue, the colors of the cage when they saw cocaine. And they go crazy. They will press the lever to get cocaine until they die. We first determined that the difference between these animals is that during that time when nothing happens, there's no cocaine around, their epigenome is rearranged. Their genes are re-marked in a different way, and when the cue comes, their genome is ready to develop this addictive phenotype.
Ezt tettük a patkányokkal is. Gal Yadid kollégám rászoktatta az állatokat a kokainra, aztán egy hónapra megvonta tőlük. Aztán jellel, a ketrec színével emlékeztette őket az alkalomra, amikor először láttak kokaint. Erre bevadultak. Addig nyomták kokainért az emelőkart, amíg bele nem haltak. Először azt állapítottuk meg, hogy az állatok abban különböznek, hogy amíg nincs kokain a láthatáron, és semmi sem történik, epigenomjuk átrendeződik. Génjeik megjelölődnek, s amikor a jel föltűnik, genomjuk készen áll függőségi genotípus kifejlődésére.
So we treated these animals with drugs that either increase DNA methylation, which was the epigenetic marker to look at, or decrease epigenetic markings. And we found that if we increased methylation, these animals go even crazier. They become more craving for cocaine. But if we reduce the DNA methylation, the animals are not addicted anymore. We have reprogrammed them. And a fundamental difference between an epigenetic drug and any other drug is that with epigenetic drugs, we essentially remove the signs of experience, and once they're gone, they will not come back unless you have the same experience. The animal now is reprogrammed. So when we visited the animals 30 days, 60 days later, which is in human terms many years of life, they were still not addicted -- by a single epigenetic treatment.
Az állatokat vagy a DNS-metilációját fokozó szerrel kezeltük, ez volt a vizsgálandó epigenetikus marker, vagy epigenetikus jelölést csökkentővel. Megfigyeltük, hogy ha fokoztuk a metilációt, az állatok még inkább eszüket vesztik. Még hevesebben vágyódtak kokainra. De ha csökkentjük a DNS-metilációt, az állatok függősége megszűnik. Átprogramoztuk őket. A lényegi különbség egy epigenetikus szer és egyéb szerek között, hogy epigenetikus szerekkel kitöröljük az élmény jeleit, és ha megszűnnek, és nem térnek vissza, hacsak nem kerül elő ugyanaz az élmény. Az állat át van programozva. Amikor 30 vagy 60 nap elteltével – ami emberi léptékben több év – meglátogattuk az állatokat, még mindig nem voltak függők egyetlen epigenetikus kezelésnek köszönhetően.
So what did we learn about DNA? DNA is not just a sequence of letters; it's not just a script. DNA is a dynamic movie. Our experiences are being written into this movie, which is interactive. You're, like, watching a movie of your life, with the DNA, with your remote control. You can remove an actor and add an actor. And so you have, in spite of the deterministic nature of genetics, you have control of the way your genes look, and this has a tremendous optimistic message for the ability to now encounter some of the deadly diseases like cancer, mental health, with a new approach, looking at them as maladaptation. And if we can epigenetically intervene, [we can] reverse the movie by removing an actor and setting up a new narrative.
Mit tudtunk meg a DNS-ről? A DNS nem csak betűk sorozata. Nem csak forgatókönyv. A DNS dinamikus mozi. Tapasztalatunk bekerül az interaktív filmbe. Mintha DNS-ünk segítségével életünk filmjét néznénk távirányítónk segítségével. Hozzáadhatunk és elvehetünk egy-egy színészt. Ezért a genetika determinisztikus volta ellenére szabályozhatjuk génjeinket, és ez óriási derűlátásra ad okot bizonyos halálos betegségek, pl. rák, kóros elmeállapot új szemléletű kezelését illetően, ha hiányos alkalmazkodásnak tekintjük e betegségeket. S ha epigenetikus módszerrel avatkozunk közbe, egy szereplő eltávolításával visszapergethetjük a filmet, és új narratívát alkothatunk.
So what I told you today is, our DNA is really combined of two components, two layers of information. One layer of information is old, evolved from millions of years of evolution. It is fixed and very hard to change. The other layer of information is the epigenetic layer, which is open and dynamic and sets up a narrative that is interactive, that allows us to control, to a large extent, our destiny, to help the destiny of our children and to hopefully conquer disease and serious health challenges that have plagued humankind for a long time.
Ma megtudták tőlem, hogy a DNS két összetevőből, két információs rétegből áll. Az első információs réteg régi, az evolúció sok-sok millió éve alatt fejlődött ki. Rögzült, és nagyon nehéz megváltoztatni. A másik információs réteg az epigenetikus réteg, amely nyitott és dinamikus, és interaktív narratívát állít föl, amely lehetővé teszi, hogy nagy mértékben irányítsuk sorsunkat, hogy befolyásoljuk gyermekeink sorsát, és remélhetőleg legyűrjük a betegségeket és a súlyos egészségi jellegű kihívásokat, amelyek régóta sújtják az emberiséget.
So even though we are determined by our genes, we have a degree of freedom that can set up our life to a life of responsibility.
Noha génjeink meghatároznak bennünket, bizonyos szabadsági fokunk mégis van, amely életünkért ránk ruházza a felelősséget.
Thank you.
Köszönöm.
(Applause)
(Taps)