ملخص
يبدو بعض الناس أصغر من عمرهم ويبدو غيرهم أكبر من عمرهم. فهل تساءلت يومًا ما عن سبب ذلك؟ هل يمكننا إبطاء شيخوخة أجسامنا؟ على الرغم من أنه لا توجد أي طريقة على ما يبدو لعكس عملية الشيخوخة، فقد نتمكن من إبطائها. ومن العوامل المساعدة على ذلك تحسين النظام الغذائي. يولد البشر بساعة بيولوجية داخلية في الخلايا تعكس حالة شيخوخة الجسم، واسمها الساعة اللاجينية وتتأثر بما نأكله. في هذه الدراسة، لاحظنا تباطؤًا أكبر في الشيخوخة البيولوجية لدى النساء اللواتي تناولن مكملات تحتوي على حمض الفوليك وفيتامين B12. وبإجراء المزيد من الدراسات حول آثار الأنظمة الغذائية على الساعة اللاجينية، يمكن مساعدة الناس في عيش حياة أطول والبقاء بصحة جيدة.
الوراثة اللاجينية: تشغيل الجينات وإيقافها
يحتوي الحمض النووي (DNA) على المعلومات الوراثية المُستخدمة لبناء أجسامنا والحفاظ على أدائها الطبيعي.
ويتم تنظيم تلك المعلومات في شكل جينات، وهي تعليمات تُستخدم لإنتاج البروتينات التي تُعد اللبنات الأساسية لكل خلايانا. وعملية استخدام المعلومات في حمض DNA لصنع البروتينات يُطلق عليها التعبير الجيني. ولكن الخلايا لا تنشّط كل الجينات في كل الأوقات، ولذلك نحتاج إلى نظام تحكم يحدّد للخلايا الجينات التي يجب التعبير عنها (تشغيلها) وتلك التي يجب إيقافها. ونظام التحكم ذلك هو الوراثة اللاجينية، وهي في غاية التعقيد.
من أوضح الجوانب بشأن الوراثة اللاجينية عملية مثيلة DNA، والتي يقوم بها بروتين اسمه ناقلة ميثيل DNA (DNMT)، حيث يضيف وحدات كيميائية صغيرة اسمها مجموعات الميثيل (CH3) إلى أماكن معينة في تسلسل DNA (الشكل 1). وبهذه الطريقة توقف عملية مثيلة DNA الجينات. وكلما زاد عدد الأماكن التي تمرّ بعملية المثيلة، كان "إيقاف" الجين أكثر إحكامًا. ومع تقدّمنا في العمر، يتم بشكل متزايد إيقاف الجينات المعنية بالحفاظ على صحتنا. ويؤدي إيقافها إلى زيادة احتمال الإصابة بالأمراض ونحن نكبر.
- شكل 1 - يمكن أن يخضع حمض DNA في كل خلية بالجسم لعملية المثيلة من خلال جزيء اسمه ناقلة ميثيل DNA (DNMT).
- وينقل جزيء DNMT مجموعة كيميائية اسمها مجموعة الميثيل (CH3) في حمض DNA. ويتوقف أي جين عند تعرضه لعملية المثيلة. وكلما زاد عدد مجموعات الميثيل في جين، كان "إيقافه" أكثر إحكامًا.
ما العوامل التي تُشغّل الجينات وتوقفها؟
على الرغم من تشابه النمط العام لمثيلة DNA في أغلب الناس، يمكن أن يزداد أو يقل مستوى المثيلة حسب الطعام الذي نأكله والأنشطة البدنية التي نمارسها والأمراض والتعرض للمواد الكيميائية أو الملوثات في البيئة. ويُعد التلوث الجوي مشكلة مقلقة في العديد من الأماكن حول العالم، وخاصةً في المدن الكبرى. وفي الغالب ينتج هذا التلوث عن حرق الوقود الأحفوري في المصانع ومحطات توليد الطاقة والسيارات وأجهزة التدفئة، ودخان السجائر أيضًا. لطالما ارتبط التلوث الجوي بأمراض الجهاز التنفسي، ولكن بعد اكتساب العلماء بعض الفهم للوراثة اللاجينية، ندرك الآن بشكل أفضل كيفية تأثير هذه الملوثات علينا. على سبيل المثال، تم تحديد تغيرات في مثيلة DNA في أمراض متعلقة بالوظائف الرئوية لدى البالغين الذين تعرضوا لملوث اسمه ثاني أكسيد النيتروجين [1].
بالإضافة إلى ذلك، وُجِد أن حالات الربو لدى الأطفال والمراهقين ذات الصلة بالتعرض للتلوث الجوي كانت مرتبطة بتغيرات في مستويات المثيلة قد تكون حدثت قبل الولادة، مما يثبت أن التلوث يمكن أن تكون له آثار طويلة المدى على صحة الناس [2].
لحسن الحظ، يمكن للعناصر الموجودة بشكل طبيعي في بعض الأطعمة مكافحة بعض الآثار السلبية للتلوث على الجسم. وقد أثبتت العديد من الدراسات أن بعض الفيتامينات، وخاصةً تلك التي تحتوي على مجموعة فيتامينات B، قادرة على تقليل التلف الذي تتعرض له الخلايا نتيجة التلوث الجوي. والسبب هو أن هذه الفيتامينات تحافظ على بقاء مستوى مثيلة DNA طبيعيًا (الشكل 2) [3].
- شكل 2 - تساهم الفيتامينات في حماية حمض DNA من التلوث.
- قد يتلف DNA من التعرض للتلوث، ومنها الجسيمات العالقة (PM). ويمكن أن يؤدي التلوث إلى اختلال توازن مستويات مثيلة DNA. وقد تتسبب تغيرات المثيلة في مشكلات صحية، ولكن اتباع نظام غذائي غني بالعناصر المفيدة، مثل فيتامينات B، يمكن أن يساعد الناس في البقاء بصحة جيدة.
ما هي الساعة اللاجينية؟
كم عمرك؟ تسهل الإجابة عن هذا السؤال من خلال عدّ السنوات المنقضية منذ مولدك (عمرك الزمني) ولكن ماذا عن عمرك البيولوجي؟ يشير العمر البيولوجي إلى المرحلة التي وصل إليها الشخص في دورة حياته بناءً على مقدار الأضرار التي لحقت بخلاياه. ومما يثير الدهشة أن بعض الأشخاص يبدون أصغر من آخرين بنفس عمرهم الزمني، مما يدلّ على تأثير عوامل أخرى بخلاف الزمن تسببت في شيخوخة الخلايا. وتُعد الساعة اللاجينية من الطرق التي لطالما استخدمها الباحثون لتقدير العمر البيولوجي [3]. وتعتمد هذه الساعة على مستويات مثيلة DNA. كما ذكرنا في السابق، ونحن نتقدم في العمر، يزداد مستوى مثيلة جيناتنا، بما في ذلك تلك الجينات التي تحافظ على صحتنا وشبابنا. وبالتالي، من خلال قياس مثيلة DNA في العديد من الأماكن في حمض DNA المأخوذ من عدة خلايا وأنسجة مختلفة وإجراء بعض العمليات الرياضية المعقدة على تلك النتائج، يمكن للعلماء استخدام الساعة اللاجينية لتحديد العمر البيولوجي لشخص ما.
هناك ارتباط وثيق بين العمر البيولوجي المحسوب بهذه الطريقة والعمر الزمني [3]، مما يبين لنا أن الساعة اللاجينية هي أداة جيدة لحساب العمر البيولوجي.
تتنبأ الساعة اللاجينية أيضًا بمدى سرعة تفاقم أمراض مثل الزهايمر أو ارتفاع ضغط الدم أو السكري أو السرطان. وحتى الآن، أثبت العلماء أن أنماط الحياة عالية الخطورة مثل التدخين أو شرب الكحول تؤدي إلى تسارع الشيخوخة البيولوجية. على الجانب الآخر، يمكن أن يبطئ النظام الغذائي الصحي تلك الشيخوخة.
فيتامينات B9 و B12
تحتاج أجسامنا إلى نظام غذائي صحي ومتوازن لتؤدي وظائفها بكفاءة. وتُعد الفواكه والخضراوات من أهم المجموعات الغذائية الرئيسية التي تحتوي على الفيتامينات، وهي ضرورية للنمو والتطور وأداء الخلايا لوظائفها. وهذا يعني أن الفيتامينات تساعد الجسم في العمل بشكل طبيعي. والحرمان طويل المدى من فيتامين يُسمى نقص الفيتامين، ويمكن أن يتسبب في أعراض خطيرة. على سبيل المثال، قد ينتج نزيف اللثة من نقص فيتامين C بينما يسبب نقص فيتامين A ضعف الرؤية الليلية.
تُعد فيتامينات B مهمة في عملية أيض الخلية. يوجد فيتامين B9 في الخضراوات الورقية ذات اللون الأخضر الداكن مثل السبانخ والبروكلي والهليون وكرنب بروكسل. ويساهم هذا الفيتامين في تصنيع الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبوزي RNA، وهو ضروري أيضًا لانقسام الخلايا، مما يساعد في نموها وتطورها. ويمكن أن يؤدي نقص فيتامين B9 إلى فقر الدم، وهي مشكلة في تكوّن خلايا الدم تؤدي إلى ضعف نقل الأكسجين وقد تسبب التعب والضعف. المصادر الجيدة لفيتامين B12 هي اللحوم والأسماك والحليب والأجبان والبيض. ويساعد فيتامين B12 في الحفاظ على صحة الدم والخلايا العصبية، وكذلك في صنع DNA. ويمكن أن يؤدي نقصه إلى الإصابة بفقر الدم. بشكل عام، يحصل معظم الناس على المقدار الكافي من فيتامين B12 من اتباع نظام غذائي متوازن. ومع ذلك، فكبار السن والأشخاص الذين يعانون من ضعف القدرة على امتصاص الفيتامينات قد يستفيدون من تناول مكملات الفيتامينات، والتي تُعد آمنة عمومًا حتى عند أخذ جرعات عالية منها.
دور فيتامينات B9 وB12 في إبطاء الساعة اللاجينية
يشارك فيتامين B9 وB12 في التفاعلات الكيميائية الحيوية التي يمكنها زيادة مستوى مثيلة DNA. ومع ذلك، فالاختلافات الطفيفة في حمض DNA التي توجد بشكل طبيعي بين الأفراد، وهي تعدد أشكال النوكليوتيد المفرد (SNP)، يمكن أيضًا أن تؤدي دورًا في مثيلة الجينات. فالأشخاص الذين لديهم SNP "طبيعي" يسمح بتوافر مجموعات الميثيل تكون لديهم مستويات أعلى من المثيلة، ولكن الأشخاص الذين لديهم SNP "غير طبيعي" في نفس المكان في حمض DNA يتعرضون لمستويات أقل من المثيلة.
لفهم تأثير فيتامينات B على العمر البيولوجي، تمت دراسة مجموعة تضم 44 شخصًا كبير السن (تتراوح أعمارهم بين 65 و75) لمدة سنتين. واشتمل النظام الغذائي للمشاركين في الدراسة على مكملات فيتامينات B9 (400 ميكروغرام/اليوم) و B12 (500 ميكروغرام/اليوم) لمدة سنتين [4].
لتقييم الشيخوخة البيولوجية، تم تحليل مستويات مثيلة DNA في 353 موقعًا في حمض DNA، وأدخلنا هذه البيانات في حاسبة فوق جينية لإخبارنا بالعمر البيولوجي. بهذه الطريقة، تم تحديد سرعة الساعة اللاجينية لجميع المشاركين قبل تناول المكملات وبعده على حد سواء، حتى نتمكن من مقارنة أعمارهم الحقيقية بأعمارهم البيولوجية.
أثبتت نتائجنا أنه بعد تناول المكملات، حدث تباطؤ في الساعات اللاجينية للنساء اللواتي كان لديهن SNP طبيعي (المتغير الذي ينتج نشاط مثيلة أعلى)، مقارنةً بالنساء اللواتي كان لديهن SNP غير طبيعي (الشكل 3) [5]. ومع ذلك، لم يؤثر تناول مكملات الفيتامينات على الساعات اللاجينية للنساء اللواتي كان لديهن SNP غير طبيعي والرجال. وتثبت هذه النتائج اختلاف آثار فيتامينات B9 وB12 باختلاف الجنس وحالة SNP. وعلى الرغم من عدم وجود دليل رسمي قاطع على ذلك، فإن زيادة عملية المثيلة التي لوحظت لدى النساء اللواتي لديهن SNP طبيعي، ربما تكون قد أوقفت بعض الجينات المعينة المساهمة في الشيخوخة، مما أدى إلى تباطؤ شيخوختهن البيولوجية على مدار التجربة.
- شكل 3 - يحدد الجنس والعوامل الوراثية آثار مكملات فيتامين B على الشيخوخة البيولوجية.
- بعد تناول مكملات فيتامينات B9 و B12، لاحظنا تباطؤ الشيخوخة البيولوجية لدى الإناث المشاركات في الدراسة اللواتي كان لديهن SNP طبيعي، ولكن لم يحدث هذا التباطؤ في حالة الإناث اللواتي كان لديهن SNP متغير والذكور كذلك. معنى هذا أن النظام الغذائي قد لا يؤثر على الساعة اللاجينية للجميع بالطريقة نفسها.
الخاتمة
للنظام الغذائي دور في التغيرات اللاجينية، وخاصةً في مثيلة DNA. وباستخدام الساعة اللاجينية، وجدنا أن بإمكان فيتامينات B9 و B12 إبطاء الشيخوخة البيولوجية بطريقة تعتمد على الجنس وحالة SNP. وعلى الرغم من اختلاف تأثير مكملات فيتامينات B9 و B12 على الأشخاص، فنتائجنا مبشرة لأنها تعني إمكانية مساعدة الناس في عيش حياة أطول وأفضل من حيث الصحة من خلال تغيير نظامهم الغذائي. ولتحقيق هذا الهدف، يمكن تصميم أنظمة غذائية متوازنة ومخصصة تعتمد على تحليل مستويات مثيلة DNA لدى الأشخاص. ولكن إلى أن نتمكن من ذلك، من المهم أن نأكل جميعًا الأطعمة الصحية الغنية بالفيتامينات حتى تعمل ساعاتنا اللاجينية كما ينبغي.
مسرد للمصطلحات
التعبير الجيني (Gene Expression): ↑ العملية التي تتم بها قراءة تسلسلات حمض DNA لإنتاج البروتينات.
الوراثة اللاجينية (Epigenetics): ↑ الآلية البيولوجية التي يتم فيها تعديل التعبير الجيني بدون تغيير تسلسلات DNA، مثلاً من خلال عملية المثيلة.
مثيلة الحمض النووي (DNA) (DNA Methylation): ↑ عملية بيولوجية تتم فيها إضافة مجموعة ميثيل (CH3) إلى تسلسل DNA. وتوقف المثيلة التعبير الجيني.
ناقلة ميثيل DNA (DNMT) (DNA Methyltransferase (DNMT)): ↑ بروتين قادر على إضافة مجموعات الميثيل إلى DNA.
مجموعة الميثيل (Methyl Group): ↑ جزيء صغير يتكون من ذرة كربون واحدة وثلاث ذرات هيدروجين. ويمكن إضافته إلى حمض DNA من خلال تفاعل اسمه المثيلة.
العمر البيولوجي (Biological Age): ↑ العمر الذي يعكس تأثير العوامل البيئية مثل الوراثة والوراثة اللاجينية ونمط الحياة.
الساعة اللاجينية (Epigenetic Clock): ↑ اختبار يحسب العمر البيولوجي للشخص باستخدام قياسات مستوى مثيلة DNA.
تعدد أشكال النوكليوتيد المفرد (SNP) (Single Nucleotide Polymorphism (SNP)): ↑ تفاوت صغير جدًا في تسلسل DNA لدى شخص ما.
إقرار تضارب المصالح
يعلن المؤلفون أن البحث قد أُجري في غياب أي علاقات تجارية أو مالية يمكن تفسيرها على أنها تضارب محتمل في المصالح.
إفصاح أدوات الذكاء الاصطناعي
تم إنشاء النص البديل (alt text) المرفق بالأشكال في هذه المقالة بواسطة "فرونتيرز" (Frontiers) وبدعم من الذكاء الاصطناعي، مع بذل جهود معقولة لضمان دقته، بما يشمل مراجعته من قبل المؤلفين حيثما كان ذلك ممكناً. في حال تحديدكم لأي خطأ، نرجو منكم التواصل معنا.
مقال المصدر الأصلي
↑ Sae-Lee, C., Corsi, S., Barrow, T. M., Kuhnle, G. G. C., Bollati, V., Mathers, J. C., et al. 2018. Dietary intervention modifies dna methylation age assessed by the epigenetic clock. Mol. Nutr. Food Res. 62:e1800092. doi: 10.1002/mnfr.201800092
المراجع
[1] ↑ Lichtenfels, de F.C. A. J., Van Der Plaat, D. A., de Jong, K., van Diemen, C. C., Postma, D. S., Nedeljkovic, I., et al. 2018. Long-term air pollution exposure, genome-wide DNA methylation and lung function in the LifeLines cohort study. Environ. Health Perspect. 126:027004. doi: 10.1289/EHP2045
[2] ↑ Lepeule, J., Bind, M-AC., Baccarelli, A. A., Koutrakis, P., Tarantini, L., Litonjua, A., et al. 2014. Epigenetic influences on associations between air pollutants and lung function in elderly men: the normative aging study. Environ. Health Perspect. 122:566–72. doi: 10.1289/ehp.1206458
[3] ↑ Horvath, S. 2013. DNA methylation age of human tissues and cell types. Genome Biol. 14:R115. doi: 10.1186/gb-2013-14-10-r115
[4] ↑ Kok, D. E., Dhonukshe-Rutten, R. A., Lute, C., Heil, S. G., Uitterlinden, A. G., van der Velde, N., et al. 2015. The effects of long-term daily folic acid and vitamin B12 supplementation on genome-wide DNA methylation in elderly subjects. Clin. Epigen. 7:121. doi: 10.1186/s13148-015-0154-5
[5] ↑ Sae-Lee, C., Corsi, S., Barrow, T. M., Kuhnle, G. G. C., Bollati, V., Mathers, J. C., et al. 2018. Dietary intervention modifies dna methylation age assessed by the epigenetic clock. Mol. Nutr. Food Res. 62:e1800092. doi: 10.1002/mnfr.201800092