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 --
Totul a luat naștere într-un bar întunecat din Madrid. M-am întâlnit cu colegul meu de la Universitatea McGill, Michael Meaney și în timp ce beam o bere împreună, mi-a vorbit despre munca sa, așa cum obișnuiesc oamenii de știință, Și mi-a spus că cercetează modul în care femelele de şobolan își ling puii după ce i-au născut. Eu stăteam acolo și îmi spuneam: „Așa se duc taxele mele...
(Laughter)
(Râsete)
on this kind of soft science."
pe genul acesta de știință ușoară."
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.
Și a început să îmi spună că șobolanii, la fel ca oamenii, își ling puii în moduri foarte diferite. Unele femele o fac foarte mult, altele foarte puțin, iar majoritatea se află la mijloc. Partea interesantă constă în urmărirea evoluției puilor până la maturitate pe o perioadă echivalentă anilor umani, mult timp după moartea mamei. Aceștia sunt complet diferiți. Cei care au fost linși și îngrijiți foarte mult, da, cei care au fost linși și îngrijiți mult nu sunt stresați. Au un comportament sexual diferit. Au un stil de viață diferit față de cei care nu au primit îngrijiri speciale de la mamă.
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?
Așadar, după acea întâlnire am început să mă gândesc: O fi asta magie? Cum funcționează? Geneticienilor le-ar plăcea să credeți că poate femela a avut gena „mamei rele", ceea ce a făcut ca puii ei să fie stresați, iar apoi s-a transmis din generație în generație. Totul e determinat genetic. Sau e posibil să fie vorba de altceva?
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?
Cu șobolanii, putem să punem această întrebare și să aflăm răspunsul. Așa că am făcut un experiment de adopție încrucișată. În principiu, puii de șobolan trebuie despărțiți la naștere și dați la două tipuri de mame adoptive. Nu la mamele lor adevărate, ci la cele care vor avea grijă de ei: femele care ling mult și femele care ling puțin. Opusul se aplică la puii care au avut mame care lingeau puțin. Remarcabilul rezultat a fost că nu contează ce genă ați moștenit de la mamă. Nu mama biologică a determinat caracteristica acestor șobolani, ci mama care a avut grijă de ei. Deci, cum funcționează până la urmă?
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.
Eu sunt epigenetician. Sunt interesat de marcarea genelor de markeri chimici în timpul embriogenezei, perioada petrecută în pântecul mamei, când se decide exprimarea genelor din fiecare țesut. Gene diferite se exprimă în creier, în ficat și în ochi, de exemplu. Atunci ne-am întrebat: e oare posibil ca mama să reprogrameze genele progeniturii sale cumva prin comportamentul ei? Am dedicat 10 ani proiectului și am descoperit că există o cascadă de evenimente biochimice, prin care linsul, îngrijirea și interesul mamei sunt traduse în semnale biochimice care ajung în nucleu și în ADN, pe care-l programează diferit. De aici animalul se poate pregăti pentru viață: Va fi viața aspră? Va fi multă mâncare? Vor fi multe pisici și șerpi prin preajmă sau voi trăi într-un cartier bogat unde tot ceea ce trebuie să fac e să fiu cuminte și cumsecade ca să fiu acceptat de către societate? Acum puteți să înțelegeți cât de important este acel proces în viața noastră.
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.
Moștenim ADN-ul nostru de la strămoși. ADN-ul este străvechi. A evoluat cu timpul. Dar în ADN nu scrie dacă vă veți naște în Stockholm, unde zilele sunt lungi vara și scurte iarna, sau în Ecuador, unde ziua este egală cu noaptea tot timpul anului. Și acest lucru afectează enorm fiziologia noastră. Noi sugerăm că poate ce se întâmplă devreme în viață, adică acele semnale ce ajung prin mamă, comunică copilului în ce mediu social va trăi. Dacă acesta va fi aspru, atunci va fi neliniștit și stresat, dacă va fi un mediu confortabil, atunci va trebui să fie diferit. Va fi o lume cu multă sau cu puțină lumină? Va fi o lume cu multă sau cu puțină mâncare? Dacă nu e mâncare prin preajmă, ai face bine să-ți antrenezi creierul la excese culinare la vederea mâncării sau să depoziteze sub formă de grăsime fiecare bucățică de mâncare a ta.
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.
Până aici toate bune și frumoase. Evoluția a selectat acest lucru, a permis ca ADN-ul nostru fix și străvechi să funcționeze în mod dinamic în noi medii de viață. Dar uneori lucrurile pot lua o întorsătură greșită: de exemplu, dacă te naști într-o familie săracă și semnalele sunt: „ai face bine să te îndopi, ai face bine să mănânci tot ce vei găsi.” Dar noi, oamenii, și creierul nostru am evoluat și am făcut evoluția tot mai rapidă. Acum se poate mânca la McDonald's cu un dolar. Așadar, pregătirea primită de la mamele noastre se dovedește a fi contraproductivă. Chiar acea pregătire care ar fi trebuit să ne ferească de foame și foamete va cauza obezitate, probleme cardiovasculare și boli metabolice. Ideea că genele ar putea fi marcate de experiența noastră, și mai ales de experiența timpurie, ne poate oferi o explicație unificatoare atât a sănătății, cât și a bolii.
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.
Dar e valabil doar pentru șobolani? Problema este că nu putem testa acest lucru pe oameni, din motive etice nu putem supune copiii la adversități aleatorii. Așa că dacă un copil sărac dezvoltă o anumită caracteristică, nu putem ști dacă aceasta a fost cauzată de sărăcie sau de faptul că oamenii săraci au moștenit gene stricate. Geneticienii vor încerca să vă spună că oamenii săraci sunt săraci fiindcă genele lor îi fac săraci. Epigeneticienii vă vor spune că oamenii săraci se află într-un mediu neprielnic sau un mediu sărăcit ce determină acel fenotip, acea caracteristică.
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?
Următorul pas a fost să studiem verișorii noștri apropiați, maimuțele, Colegul meu, Stephen Suomi, a crescut maimuțe în două feluri diferite: a despărțit puiul de maimuță de mamă și l-a încredințat unei bone, aceasta fiind mama surogat. Deci aceste maimuțe nu au avut o mamă, ci o bonă. Alte maimuțe au fost crescute de mamele lor normale, naturale. Și când au ajuns la o vârstă adultă, erau complet diferite. Maimuțele care au avut o mamă nu au vrut alcool, nu erau agresive sexual. Cele care nu au avut o mamă erau agresive, stresate și alcoolice. Ne-am uitat la ADN-ul lor la naștere ca să vedem: E posibil ca mama să determine marcarea genelor? Poate lăsa mama o amprentă în ADN-ul progeniturii?
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?
În imagine avem maimuțe în vârstă de două săptămâni și ce vedeți e metoda actuală prin care studiem epigenetica. Putem să identificăm markerii chimici, pe care îi numim markeri de metilare, pe ADN, cu o capacitate de rezoluție a fiecărui nucleotid în parte. Putem să cartografiem întregul genom. Acum putem compara maimuța care a avut o mamă cu cea care nu a avut. Și aceasta este reprezentarea vizuală. Aici vedeți că genele metilizate mai mult sunt roșii. Genele cu metilizare redusă sunt verzi. Puteți vedea că multe gene se schimbă deoarece a nu avea o mamă nu este un lucru izolat, totul este afectat; semnalele vor comunica cum va arăta lumea ta atunci când vei deveni adult. Puteți vedea că cele două grupuri de maimuțe se pot deosebi foarte bine unul de celălalt. Cât de devreme începe acest proces? Maimuțele nu și-au cunoscut mamele, așa că au avut experiență socială. Putem să simțim statutul nostru social chiar și în momentul în care ne naștem?
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.
În experimentul următor, am analizat placentele maimuțelor care aveau un statut social diferit. Un lucru interesant despre statutul social e că se regăsește în toate viețuitoarele, ființele viețuitoare se stabilesc în ierarhii. Prima maimuță e șeful, iar maimuța a patra e sluga. Dacă puneți patru maimuțe într-o cușcă, întotdeauna veți găsi un șef și o slugă. Și e interesant faptul că prima maimuță e mult mai sănătoasă decât cea de-a patra. Dacă sunt puse într-o cușcă, prima maimuță nu va mânca prea mult. Cea de-a patra maimuță va mânca [mult]. Și ceea ce vedeți aici, în acest tipar de metilare, este despărțirea dramatică la naștere a unor animale cu sau fără statut social înalt.
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.
Deci ne-am născut știind deja informațiile sociale, iar acele informații nu sunt bune sau rele, doar ne pregătesc pentru viață, fiindcă trebuie să fim programați biologic în mod diferit în funcție de statutul social ridicat sau scăzut.
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.
Dar cum se poate studia acest lucru la oameni? Repet, nu putem face experimente, nu putem supune oamenii adversităților. Dar Dumnezeu chiar face experimente pe oameni, iar asta poartă denumirea de catastrofe naturale.
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.
Una dintre cele mai cumplite catastrofe din istoria canadiană a lovit provincia Quebec. Este vorba de furtuna de gheață din 1998. Rețeaua electrică a fost paralizată din cauza furtunii de gheață chiar atunci când temperaturile din mijlocul acelei ierni au ajuns de la -20 °C până la -30 °C. Iarna aceea au îndurat-o și unele femei gravide. Colega mea Suzanne King a urmărit copiii lor îndeaproape timp de 15 ani.
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.
Ceea ce s-a întâmplat e că pe măsură ce stresul creștea, și în acest caz am avut măsurători obiective ale stresului: „Cât timp ai rămas fără energie electrică? Unde ți-ai petrecut timpul? În apartamentul soacrei sau într-o casă boierească la țară? Toate acestea au fost integrate într-o scală de stres social. Acum întrebați-vă: Cum arătau copiii? Se pare că odată cu înmulțirea factorilor de stres, tot mai mulți copii dezvoltă autism, boli metabolice și autoimune. Am cartografiat metilarea și din nou puteți vedea genele verzi devenind roșii odată cu mărirea stresului și invers, cele roșii devenind verzi, genomul reprogramându-se complet din cauza stresului.
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.
Dacă putem programa genele, dacă nu suntem doar niște sclavi ai istoriei genelor, dacă pot fi programate, putem să le și deprogramăm? Deoarece cauze epigenetice pot declanșa boli precum cancerul, boli metabolice și probleme mintale.
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.
Haideți să vorbim despre dependența de cocaină. Dependența de cocaină e o situație îngrozitoare care poate provoca moartea și pierderea de vieți umane. Noi am pus întrebarea: Oare am putea reprograma creierul dependent al animalului să nu mai fie dependent? Am folosit un model de dependență care repetă ceea ce se întâmplă la oameni. De exemplu, sunteți la liceu, niște pieteni vă îndeamnă să folosiți cocaină, voi acceptați, nu se întâmplă nimic. Trec luni de zile, ceva vă amintește de acea primă dată, un dealer vă oferă cocaină, voi deveniți dependenți și viața voastră s-a schimbat.
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.
Noi facem același lucru cu șobolanii. Colegul meu Gal Yadid obișnuiește aceste animale cu cocaina, apoi timp de o lună nu le mai dă. Și apoi le amintește de petrecerea unde au văzut cocaină pentru prima oară, printr-un semnal precum culorile cuștii în care au văzut cocaină. Și atunci ei o iau razna. Apasă butonul să primească cocaină până mor. Am ajuns la concluzia că diferența dintre aceste animale e că în timpul perioadei în care nu se întâmplă nimic, când nu e cocaină în preajmă, epigenomul lor e reprogramat. Genele lor sunt marcate din nou într-un mod diferit și atunci când apare un semnal, genomul lor e pregătit să dezvolte acest fenotip dependent.
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.
Am administrat animalelor medicamente care să mărească fie metilarea ADN-ului, adică markerul epigenetic observat, fie să scadă marcajele epigenetice. Am aflat că dacă intensificăm procesul de metilare, animalele mai tare o luau razna. Ele râvneau la cocaină. Dar dacă reduceam metilarea ADN-ului, animalele nu mai erau dependente. Le-am reprogramat. O diferență fundamentală între un medicament epigenetic și orice alt medicament este că cu ajutorul acestuia înlăturăm semnele experienței și odată dispărute, nu se vor reveni decât dacă vei repeta experiența. Animalul e acum reprogramat. Și când ne-am întors să verificăm la 30 de zile, la 60 de zile, adică echivalentul multor ani de viață umani, tot nu mai era dependent -- asta cu un singur tratament epigenetic.
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.
Deci, ce am învățat despre ADN? ADN-ul nu este doar o înșiruire de litere, nu este doar un script. ADN-ul este un film dinamic. Experiențele noastre sunt transcrise într-un film, unul interactiv. E ca și cum v-ați uita la un film al vieții voastre, cu ADN-ul, cu telecomanda în mână. Puteți îndepărta sau adăuga un actor. Așa că în ciuda naturii deterministice a geneticii, aveți control asupra aspectului genelor voastre și acesta e un mesaj enorm de optimist datorită capacității de a înfrunta cele mai amenințătoare boli precum cancerul și bolile mintale cu o nouă abordare prin care privim boala ca neadaptare. Și dacă intervenim cu mijloacele epigeneticii, putem să derulăm filmul doar prin îndepărtarea unui actor și înscenarea unei noi povești.
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.
Ceea ce v-am spus astăzi e că ADN-ul nostru e compus din două elemente, două straturi de informație. Un strat de informație e străvechi, rezultatul a milioane de ani de evoluție. E fix și foarte greu de schimbat. Celălalt e stratul epigenetic, cel deschis și dinamic, cel ce înscenează povestea interactivă ce ne permite să controlăm o mare parte din destinul nostru, să ajutăm destinul copiilor noștri și, poate, să înfrângem bolile și provocările serioase cu care specia umană se confruntă de atâta vreme.
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.
Deci, în ciuda faptului că suntem supuși genelor noastre, avem o oarecare măsură de libertate care ne poate îndruma spre un stil de viață responsabil.
Thank you.
Mulțumesc.
(Applause)
(Aplauze)