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 --
Všetko sa začal v temnom bare v Madride. Uvidel som tam sedieť kolegu z McGillu, Michaela Meaneyho. Dali sme si pár pív a ako to už vedci robievajú, začal mi rozprávať o svojej práci. Povedal mi, že sa zaujíma o to, ako matky potkanov oblizujú svoje deti po narodení. Ja som tam len tak sedel a hovoril som si: „Tak na toto sa vyhadzujú moje dane, (smiech)
(Laughter)
na takýto druh nízkej vedy.“
on this kind of soft science."
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.
Začal mi rozprávať, že potkany, ako ľudia, oblizujú svoje mladé rôznymi spôsobmi. Niektoré matky oblizujú veľa, niektoré veľmi málo a väčšina je niekde medzi. Čo je však na tom zaujímavé je, že keď tieto mladé sledoval, ako dospievali, o niekoľko ľudských rokov, dlho potom, čo zomreli ich matky, boli z nich úplne iné zvieratá. Zvieratá, ktoré boli oblizované a čistené vo väčšej miere, oblizovali ich a čistili viac, tieto jedince nie sú vystresované, majú rozdielne sexuálne správanie, majú rozdielny spôsob života ako tie, o ktoré sa matka nestarala tak intenzívne.
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?
Potom som si pomyslel: Je to kúzlo? Ako to vlastne funguje? Genetik by vás rád presvedčil, že matka mala možno „gén zlej matky“, ktorý zapríčinil, že jej mláďatá boli viac vystresované a potom bol prenášaný z generácie na generáciu; všetko je podmienené genetikou. Alebo je možné, že sa tu deje niečo iné? Čo sa týka potkanov, môžeme sa na to opýtať a aj si odpovedať.
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?
Urobili sme takzvaný cross-fostering experiment. Spočíva v tom, že oddelíte vrh, mladé tohto potkana, pri narodení, a priradíte ich k dvom rôznym matkám. Nie skutočným matkám, ale matkám, ktoré sa o ne budú starať: matky, ktoré veľa oblizujú a ktoré málo. A presný opak môžete urobiť s málo oblizovanými mláďatami. Pozoruhodné bolo, že vôbec nezáležalo na tom, aký gén ste dostali od svojej matky. Nebola to biologická matka, ktorá určovala vlastnosť potkanov, ale bola to matka, ktorá sa o nich starala. Takže, ako také niečo môže fungovať?
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.
Som epigenetik. Zaujímam sa o to, ako sú označené gény chemickou značkou počas embryogenézy, počas toho, ako sme v maternici našich matiek, a rozhoduje sa, ktorý gén sa prejaví v ktorom tkanive. Iné gény sa prejavia v mozgu a iné v pečeni či v oku. Zamysleli sme sa, či je možné, že matka nejako preprogramuje gén potomkov prostredníctvom svojho správania? Strávili sme tým desať rokov a zistili sme, že ide o kaskádu biochemických udalostí, v ktorej oblizovanie a čistenie matky, to, ako sa matka stará, sa prekladá do biochemických signálov, ktoré idú do jadra a do DNA a odlišne ju naprogramujú. Takže teraz sa zviera môže pripraviť na život. Bude život ťažký? Bude dostatok jedla? Bude okolo veľa mačiek a hadov? Budem žiť vo štvrti vyššej spoločenskej triedy, kde sa len budem musieť správne a slušne správať, a to mi zaručí sociálne prijatie? A teraz, človek rozmýšľa, aký dôležitý tento proces môže byť pre náš život. Našu DNA dedíme po predkoch.
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.
DNA je stará; vyvinula sa počas evolúcie. Ale nehovorí nám, či sa narodíme v Štokholme, kde sú dni v lete dlhé a v zime krátke, alebo v Ekvádore, kde je rovnaký počet hodín počas dňa a noci počas celého roka, a to má taký obrovský [vplyv] na našu fyziológiu. Takže, čo navrhujeme je možno to, že čo sa stane v skorom živote, tie signály, ktoré prichádzajú od matky, hovoria dieťaťu v akom sociálnom svete bude žiť. Bude to ťažké a mal by si sa radšej strachovať a stresovať? Alebo to bude ľahký svet a ty budeš musieť byť iný? Bude to svet, kde je málo svetla alebo veľa? Bude to svet, kde bude dostatok potravy alebo nie? Ak nebude žiadne jedlo, tak by si mal radšej vyvinúť mozog tak, aby si sa napchal vždy, keď uvidíš jedlo, alebo ukladal každý kúsok jedla, ktorý zješ, ako tuk.
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.
Takže, toto je dobré; evolúcia to tak vybrala, aby nám dovolila opraviť starú DNA, aby fungovala dynamicky v novom prostredí. Ale niekedy sa všetko môže pokaziť. Napríklad, keď sa narodíš do chudobnej rodiny a signály sú: „Napchávaj sa, zjedz každý kúsok jedla, ku ktorému sa dostaneš.“ Ale náš ľudský mozog sa vyvinul, zmenili sme evolúciu ešte rýchlejšie. Teraz si môžete kúpiť [hamburger] v McDonalde za 1 dolár. A teda, príprava, ktorú nám poskytli naše matky, je skôr ako zlé prispôsobenie sa. Tá istá príprava, aká nás mala chrániť pred hladom a hladomorom spôsobí obezitu, kardiovaskulárne problémy a tráviace ťažkosti. Takže koncept, že gény môžu byť poznačené našou skúsenosťou, najmä skúsenosťou v ranom detstve, nám môže dať zjednocujúce vysvetlenie o zdraví i chorobe.
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.
Ale platí to len u potkanov? Problém je, že to nemôžeme otestovať na ľuďoch, lebo z etických dôvodov nemôžeme vyvolať detské nešťastie. Takže, ak si chudobné dieťa vyvinie určitú vlastnosť, nevieme, či je to spôsobené chudobou, alebo či chudobní ľudia majú zlé gény. Genetici sa vám budú snažiť povedať, že chudobní ľudia sú chudobní, pretože to majú v génoch. Epigenetici vám povedia, že chudobní ľudia sú v zlom prostredí, alebo v ochudobnenom prostredí, ktoré vytvára daný fenotyp, danú vlastnosť.
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?
Tak sme sa posunuli a pozreli sme sa na našich bratrancov, opice. Môj kolega Stephen Suomi vychovával opice dvomi odlišnými spôsobmi. Náhodne oddelil opicu od matky a vychovával ju s opratrovateľkou v náhradných materských podmienkach. Takže, tieto opice nemali matku, mali opatrovateľku. A ostatné opice vychovávali normálne, biologické matky. A keď boli staré, boli z nich úplné rozdielne zvieratá. Opice, ktoré mali matku, nezaujímal alkohol, neboli sexuálne agresívne. Opice bez matky boli agresívne, vystresované a boli to alkoholici. Tak sme sa pozreli na ich DNA skoro po narodení, aby sme zistili, či je možné, že za to môže gén od matky. Že v DNA potomka je podpis matky.
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?
Toto sú opice zo 14. dňa, a to, čo tu vidíte, je moderný spôsob, podľa ktorého študujeme epigenetiku. Dnes môžeme zmapovať tie chemické značky, ktoré nazývame metylačné značky, v DNA pri jednonukleitodovom rozlíšení, môžeme zmapovať celý genóm. Teraz môžeme porovnať opice, ktoré mali matku, a tie, ktoré nie. A tu je vizuálna prezentácia. Gény, ktoré boli viac metylované, sú červené; gény, ktoré boli menej metylované, sú zelené. Môžete vidieť, že veľa génov sa mení. Pretože nemať matku nie je len jedna vec, ovplyvňuje to celý proces. Posiela nám signály, ako bude celý svet vyzerať, keď sa stanete dospelými, a môžete vidieť, že tieto dve skupiny opíc sú naozaj extrémne odlišné. Ako skoro sa toto prejavuje? Tieto opice už nevideli svoju matku, takže mali sociálnu skúsenosť. Cítime, aký bude náš sociálny status už pri narodení?
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.
V tomto experimente sme odobrali placenty opiciam, ktoré mali odlišný sociálny status. Na sociálnom statuse je zaujímavé, že naprieč všetkými živými bytosťami, sa budú štruktúrovať podľa hierarchie. Opica číslo jeden je šéf. Opica číslo štyri je pešiak. A do jednej klietky dáte štyri opice, vždy bude jeden šéf a jeden bude vždy pešiak. Zaujímavé je, že opica číslo jeden je oveľa zdravšia ako opica číslo štyri. A ak ich dáte spolu do klietky, opica číslo jeden nebude toľko jesť a opica číslo štyri bude jesť viac. A to, čo tu vidíte, je metylačné mapovanie, dramatické rozdelenie pri narodení zvieratá, ktoré mali vyšší sociálny status, verzus zvieratá, ktoré nemali vyšší sociálny status.
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.
Keď sa narodíme, už máme sociálnu informáciu a tá nie je zlá alebo dobrá, len nás pripravuje na život, pretože si musíme naprogramovať našu biológiu odlišne, ak máme vyšší alebo nižší sociálny status.
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.
Ale ako sa dá toto študovať u ľudí? Nemôžeme experimentovať, ani viesť k nešťastiu. Ale Boh experimentuje s ľuďmi, a voláme to prírodné katastrofy. Jedna z najväčších prírodných katastrof v histórii Kanady
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.
sa stala v mojej provincii, v Quebecu. Ide o ľadovú búrku z roku 1998. Kvôli snehovej búrke sme prišli o rozvodnú sieť, keď boli teploty uprostred zimy v Quebecu, -20 až -30 stupňov, a počas toho všetkého, sa tam nachádzali tehotné matky. A moja kolegyňa, Suzanne Kingová, sledovala tieto deti počas pätnástich rokov.
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.
A stalo sa to, že ako sa zvyšoval stres, pričom sme mali objektívne spôsoby merania stresu: Ako dlho ste boli bez elektriny? Kde ste trávili čas? Bol to byt vašej svokry alebo nejaké zazobané vidiecke sídlo? Všetko toto prispelo sociálnej škále stresu a tak sa môžete pýtať: ako tie deti vyzerali? Zdá sa, že ako sa zvyšoval stres, u detí sa viac vyvinul autizmus, metabolické choroby, a viac autoimunitných chorôb. Zmapovali sme stav metylácie a vidíte, ako sa zelené gény menia na červené, ako sa stres zvyšuje, červené gény sa menia na zelené, ako sa stres zvyšuje. Odpoveďou na stres je znovu usporiadanie celého genómu.
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.
Takže, ak dokážeme programovať gény, ak nie sme len otrokmi histórie našich génov, ale môžu byť programované, môžeme ich deprogramovať? Pretože príčiny epigenetiky môžu spôsobiť choroby, ako je rakovina, metabolické choroby a duševné choroby.
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.
Povedzme si niečo o závislosti na kokaíne. Závislosť na kokaíne je hrozná vec, ktorá môže viesť k smrti a strate ľudského života. Pýtame sa: môžeme preprogramovať závislý mozog tak, aby už zviera nebolo viac závislé? Použili sme model kokaínovej závislosti, ktorý rekapituluje, čo sa deje v ľuďoch. Keď ste na strednej, kamarát navrhne, aby si si dal trochu kokaínu, dáš si kokaín, nič sa nestane. Prejdú mesiace; niečo ti pripomenie, čo sa stalo prvýkrát, díler ti dá kokaín a ty sa staneš závislým a tvoj život sa zmenil.
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.
Pri potkanoch robíme to isté. Môj kolega Gal Yadid, trénuje zvieratá, aby si zvykli na kokaín, a potom mesiac nedostanú žiadny kokaín. A potom im pripomenie, aké to bolo, keď videli kokaín po prvýkrát pomocou farby klietky, keď uvideli kokaín, a oni akoby sa zbláznili. Budú stláčať páčku, aby dostali kokaín, až kým nezomrú. Najprv sme definovali, že rozdiel medzi týmito zvieratami bol, že počas toho, keď sa nič nedialo, nemali kokaín, ich epigenóm sa reorganizoval, ich gény sa znova značili iným spôsobom, a keď príde ten čas, ich genóm je pripravený vytvoriť si fenotyp závislosti.
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.
My sme tieto zvieratá liečili liekmi, ktoré buď zvyšovali DNA metyláciu, čo bolo značkou, ktorú sme sledovali, alebo znižovali epigenetické značenie. A zistili sme, že keď zvýšime metyláciu, tieto zvieratá sa zbláznia ešte viac, majú ešte väčšiu potrebu kokaínu. Ale keď sme zredukovali metyláciu DNA, zvieratá už viac neboli závislé. Preprogramovali sme ich. Základným rozdielom medzi epigenetickým liekom a iným liekom je, že epigenetickým liekom odstraňujeme vedu skúsenosti, a keď je raz preč, už sa nevráti, kým nemáte rovnakú skúsenosť, takže zviera je preprogramované. Takže, keď sme navštevovali zvieratá 30 dní, 60 dní dlhšie, čo je, v ľudskom merítku, veľa rokov života, stále neboli závislé a to vďaka jedinej epigenetickej liečbe.
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.
Takže, čo sme sa naučili o DNA: DNA nie je len sekvencia písmen, nie je to len scenár. DNA je dynamický film. Naše zážitky sa zapisujú do toho filmu, ktorý je interaktívny. Akoby ste pozerali film o svojom živote, s DNA, so svojím ovládačom. Môžete ubrať alebo pridať herca. Takže, aj napriek deterministickej povahe genetiky, máte kontrolu nad tým, ako vaše gény vyzerajú. A to je naozaj skvelá správa. Pretože schopnosť, ktorou môžeme čeliť niektorým smrteľným chorobám, ako sú rakovina, mentálne zdravie, týmto novým prístupom, je pozerať sa na ne ako na nesprávnu adaptáciu, do ktorej môžeme epigeneticky zasiahnuť, pretočiť film odobratím herca a začať nový príbeh.
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.
Teda, čo som vám dnes povedal, je, že naša DNA je vlastne kombinácia dvoch komponentov, dvoch vrstiev informácií. Jedna vrstva informácií je stará, vyvinula sa miliónmi rokov evolúcie; je stála a je veľmi ťažké ju zmeniť. Druhá vrstva informácií je epigenetická vrstva, ktorá je otvorená a dynamická, začína príbeh, ktorý je interaktívny. Dovoľuje nám riadiť vo veľkej miere náš osud, pomáhať osudu našich detí a dúfajme, že zdolávať choroby a vážne zdravotné problémy, ktoré ľudstvo trápia už dlho.
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.
Aj keď nás naše gény podmieňujú, máme určitý stupeň slobody, vďaka ktorému môžeme nastaviť život k zodpovednosti. Ďakujem.
Thank you.
(potlesk)
(Applause)