Monday, December 22, 2014

Geenid või keskkond?

Või mõlemad?
Mis siis ikkagi määrab esmaselt ja peamiselt selle, millised inimesed me oleme?

Igaüks, kes on maailma natuke uurinud teab, et lapsed on keskmiselt sarnasemad oma vanematele, kui suvalistele võõrastele inimestele. Seega vähemalt mingil määral oleme me kõik geneetilised deterministid. Samas on ilmne, et see determinism ei ole täielik ja geneetiliselt sarnased inimesed, isegi ühemunakaksikud kes on pärilikkuse poolest peaaegu 100% identsed, erinevad mingil määral üksteisest. Kui me just ümbersündi või muud predestinatsiooni ei usu, siis ilmselt on nende elus ja arengus osalenud mingid mittegeneetilised faktorid, mis on pisut erinenud ja inimesed erinevaks muutnud.

See, kui palju, milliseid tunnuseid ja mil määral keskkond ja geenid mõjutavad on avalikkusele ülimalt huvipakkuv teema. Või vähemalt peaks olema, sest sellest sõltub otseselt, mida ja kuidas me saame inimeste arengus muuta ja mõjutada, näiteks hariduse ja kasvatuse läbi, ja mida mitte.

Monogeensed ja polügeensed tunnused

On selge et osad, selgepiirilised ja mendeliaalselt päranduvad tunnused on praktiliselt 100% geneetilised. Näiteks värvipimedus ja fenüülketonuuria. Sellised tunnused on üldiselt monogeensed (tunnus sõltub täielikult ühe geeni teatava alleeli olemasolust või puudumisest). Ja ehkki 100% geneetilised, on selliseid tunnuseid võimalik mõnel juhul edukalt mõjutada (näiteks fenüülketonuuriat õige dieedi abil maha suruda).

Aga enamik mõõdetavaid tunnuseid - näiteks pikkus, kehakaal, IQ, kalduvus skisofreeniale, kalduvus agressiivsusele - ei ole monogeensed vaid polügeensed. See tähendab, et vastava tunnuse väärtuse määramises osaleb palju (sadu või tuhandeid) geene kusjuures erinevate alleelide koostoime võib olla palju keerukam kui lihtne liitumine. Lisaks on enamik geene pleiotroopsed - s.t. üks geen mõjutab korraga paljusid tunnuseid.

Isegi väga veendunud geneetilise determinatsiooni pooldajad ei väida üldiselt, et enamik tunnuseid on 100% geneetiliselt determineeritud.

Kuidas määratakse tunnuse päritavust?

Seda, kui palju suures osas on mingi tunnus määratud geneetika ja kui suures osas keskkonna poolt on võimalik kindlaks teha. Kusjuures seda saab teha isegi siis, kui me ei tea tunnust mõjutavaid geene. Üldiselt tuleb selleks võrrelda eri indiviidide fenotüüpide (tunnuste) varieeruvust nende genotüüpide omavahelise erinevusega.

Esimene ja kõige lihtsam võimalus on uurida ühemunakaksikute varieeruvust võrreldes erimunakaksikutega. Et esimesed on alati 100% geneetiliselt identsed ja teised keskmiselt 50%, on võimalik nende omavahelise keskmise varieeruvuse järgi teada saada, kui palju muudab täiendav 50% geene inimesi sarnasemaks. Lisaks võib uuringusse võtta adopteeritud lapsi, kelle keskmine erinevus üksteisest enamasti vastab populatsiooni keskmisele. Uurides samas peres kasvanud lapsi elimineerime ühtlasi suure osa keskkonna varieeruvusest. Või vastupidi - uurides eri peredesse adopteeritud ühemunakaksikuid näeme, kui suurel määral geneetiline sarnasus avaldub eri keskkonnas kasvades.

Uuemal ajal on saanud võimalikuks ka geneetilise suguluse otsene mõõtmine. Seega võime võrrelda omavahel kõiki sugulasi, või isegi paljusid mitteseotud inimesi populatsioonis ning uurida, kui palju nendevahelised erinevused on korrelatsioonis nende geneetilise kaugusega üksteisest.

Kõigi nende uuringute tulemusena saadakse üldiselt number, mida nimetatakse teatud tunnuse päritavuseks (h²). Selle tõlgendamisel, nagu teadustulemuste tõlgendamisel üldiselt, tuleb meeles pidada, et tegemist on täppisteadusliku suurusega, mis väljendab vastust ühele spetsiifilisele küsimusele.

Päritavus (h²) näitab, kui suur osa mingi tunnuse varieeruvusest ühes populatsioonis on määratud geneetilise varieeruvuse poolt.

Ülejäänu (1- h²) on vastavalt siis see osa varieeruvusest, mis tuleneb mõõtmisvigadest või keskkonnafaktoritest.

Oluline on see, et päritavus on üldiselt deterministlik ainult populatsiooni suhtes. Üksikisiku mingi tunnuse jaoks on ta enimalt prognoosiv väärtus. Selleks et teada, milline on ühe üksiku indiviidi teatud tunnuse väärtus, on meil vaja teada seda, kuidas täpselt geneetilised, biokeemilised ja keskkonnafaktorid selle tunnuse kujunemisel osalevad.

Päritavus ei aita meid palju siis, kui on vaja võrrelda tunnuseid eri populatsioonide vahel ja siis, kui mingi keskkonnafaktor muutub ajas oluliselt. Näiteks ehkki kehamassiindeks (BMI) on suurel määral päritav ei tähenda heaoluühiskondade ülekaalulisus siiski seda, et meie geenid oleks viimase 50 aasta jooksul oluliselt muutunud. Aga nii aastal 1900 kui aastal 2014 määrasid selle, kes antud populatsioonis on pigem üle- ja kes normaalkaalulised põhiosas geenid. Vahepeal on tõusnud populatsiooni keskmine kehamass ja varieeruvuse ulatus, varieeruvuse olemus on aga jäänud samaks.

Kui päritavad on polügeensed tunnused?

Esimene rusikareegel: praktiliselt kõik polügeensete tunnuste päritavus on vähemalt 50%.

See jätab ülejäänud 50% keskkonnateguritele (ja mõõtmisveale).

Selline on päritavus nii füüsiliste (kasv, kehakaal, eelsoodumus paljudele haigustele) kui psüühhiliste (iseloom, IQ) tunnuste jaoks. Sarnane päritavus on üldse enamikel uuritud polügeensetel tunnustel eluslooduses mis lubab arvata, et see on üldine bioloogiline seaduspärasus.

Jagatud ja privaatsed tegurid

Kaksikute (ja üldse õdede-vendadega) tehtud uuringud võimaldavad jagada keskkonnategurid kaheks suureks klassiks:

  1. Jagatud keskkond - see osa keskkonna mõjust, mis samas peres ühel ajal kasvanud lastel on enam-vähem ühine
  2. Mittejagatud keskkond - see osa keskkonna mõjust, mis ühesugustes tingimustes kasvanud lastel on erinev

Teine rusikareegel: jagatud keskkonna osa mingi tunnuse määramisel on tühine (enamasti <10%).

See tähendab, et ehkki ühemunakaksikud erinevad omavahel paljude tunnuste poolest, ei ole samas peres kasvanud kaksikud saransemad, kui eri peredes üles kasvanud kaksikud. Nendevaheline erinevus ei tulene erinevast kodust, toidust, hoolitsusest, eeskujust ega kasvatusest vaid mingitest vanemate ja ühiskonna juhtimisele allumatutest juhuslikest teguritest. Sellisteks teguriteks võib olla juhuslik kõikumine rakkude ainevahetuses loote kujunemisjärgus, looteeas läbipõetud infektsioonid või arvutu hulk muid tundmatuid tegureid.

Näiteks on alltoodud tabelis seeria psühholoogiliste tunnuste päritavus (tulp 2) ja jagatud keskkonna osakaal (tulp 4). Allikas: Bouchard, T. J. (2004). Genetic Influence on Human Psychological Traits A Survey. Current Directions in Psychological Science, 13(4), 148-151.



Oluline on mainida ka seda, et keskkonna ja geneetika osakaal mingi tunnuse määramisel ei ole konstantne, vaid sõltub ise keskkonnafaktoritest. Näiteks laialdase alatoitluse tingimustes kasvanud inimeste pikkus sõltub põhiliselt nende vanemate jõukusest (kes sai lapsena rohkem süüa, kasvas ka pikemaks). Seevastu heaoluühiskondades, kus enamik inimesi sööb pigem liiga palju, on kehapikkuse päritavus umbes 80%.

Samuti muutub pärilikkuse osakaal ajas. Laste psühholoogilised tunnused on vanemate poolt teataval määral mõjutatavad. Kuid täiskasvanuks saades inimesed "heidavad" sellise koduse kasvatuse endalt ära ning nende käitumist juhivad edaspidi vaid pärilikud eelsoodumused (ja mittejagatud keskkonnategurid).

Mis sellest järeldub?

Põhiliselt see, et inimese muutmine ei ole eriti võimalik.

  • Enamik tunnuseid on umbes 50% ulatuses geneetiliselt määratud.
  • Tunnuste varieeruvuse see osa, mis ei ole geneetiliselt determineeritud ei allu ikkagi meie kontrollile.

Ehk siis - pole vahet, kuidas vanemad omi lapsi kasvatavad, laste elu täiskasvanueas see ei mõjuta. See on mõneti pessimistlik järeldus aga paraku viitavad kõik pärilikkuseuuringud sinna suunda.

Aga see, et me ei saa kasvatuse teel oma laste elu oluliselt mõjutada ei tähenda muide seda, et me ei peaks püüdma teha nende elu õnnelikuks.

Mõned täpsustused

Kes pani tähele, siis ülalpool on üks näivalt konfliktne väide - kehakaal on suures osas geneetiline, samas on heaoluühiskonnas keskmine kehakaal viimasel aastasajal märgatavalt tõusnud ilma oluliste geneetiliste muutusteta.

See peegeldabki tunnuse päritavuse olemust - päritavus iseloomustab varieeruvust mingi olemasoleva populatsiooni sees. Kui mingid keskkonnafaktorid mõjutavad tervet populatsiooni enam-vähem ühtlaselt, siis nende mõju päritavuses ei kajastu. Äärmuslik näide oleks siin sõda või epideemia - ehkki eluea pikkus "normaaltingimustes" on suures osas geneetiline võivad katastroofilised keskkonnatingimused seda oluliselt lühendada.

Siit on näha ka üks nukker paratamatus - tunnuste väärtusi on lihtne muuta "halvemaks" - eluiga lühemaks, inimesi haigemaks, koledamaks ja rumalamaks ja nii edasi. Miljoni (miljardi, triljoni) euro küsimus on see, kas ja kui palju mingid lihtsalt kontrollitavad keskkonnatingimused võivad tunnuseid "paremaks" muuta - näiteks eluiga oluliselt pikendada või teha meid keskmiselt veidi targemaks.

Kuivõrd keskmine kehakaal on viimase sajandiga keskkonnategurite oluliselt tõusnud, siis peaks olema võimalik seda nendesamade keskkonnategurite muutmisega jälle ka vähendada. See on aga keeruline vähemalt kahel põhjusel:

  1. Sööge vähem ja tehke rohkem sporti soovitus on ilmselt õige, aga selle rakendamine nõuab enamiku inimeste käitumise muutmist. Mis pole lihtne. Samuti on käitumismustrid ise on ka suures osas geneetilised. Nii võime saavutada sellise olukjorra, kus tervislikult toituvad ja sporti teevad just need inimesed, kellel poleks niigi kehakaaluga probleeme.
  2. Globaalset ülekaalulisust näivad vähemalt osaliselt põhjustavat mingid seni identifitseerimata keskkonnafaktorid. Kuigi on ilmselt tõene, et inimesed söövad liiga palju ja liiguvad liiga vähe, ei seleta see, miks on viimasel ajal tõusnud ka laborihiirte ja metsloomade kehakaal.

Inimesed on aktiivselt tegutsevad olendid ja otsivad või loovad ise endale keskkonda. See muudab geneetika ja keskkonna mõju hindamise tihti trikirikkaks.
Näiteks surevad süstlanarkomaanid suhteliselt varakult. Esimeses lähenduses on see puhas keskkonnamõju, sest heroiini süstimine iseenesest on ju keskkonnafaktor.
Samas see, kui kergesti inimene satub "süstla otsa" ja kui tõenäoliselt ta sealt ära pääseb sõltub tema ainevahetusest ning psühholoogilistest omadustest. Mis on jälle suures osas geenidega määratud. Seega määrab selle, milliste keskkonnafaktorite mõju alla inimene satub suures osas tema geneetika ja nende faktorite mõjus avaldub tugev pärilik komponent.

Lõpuks ei tohi unustada, et inimene on siiski individuaalne (ja see individuaalsus on suuresti geneetikaga määratud). Keskkonnafaktorid, mis populatsiooni seisukohalt on ebaolulised võivad iga indiviidi elus väga olulist rolli mängida.
Näiteks, ehkki totaalne kalasöömine ei pruugi mõjutada oluliselt populatsiooni keksmist eluiga, võib see päästa konkreetse indiviidi infarktist 40-dal eluaastal ja pikendada sellega tema eluiga 30 aasta võrra. Enamiku inimeste, kelle spetsiifilise südamerikke risk on väike, jaoks ei lisa kalasöömine elueale suurt midagi ja nii on üldine efekt väga väike. Mõnele teisele võib see suisa vastunäidustatud olla.

Seda, milline on aga konkreetse keskkonafaktori mõju konkreetsele indiviidile, on üldiselt võimalik teada saada ainult kaardistades tema individuaalset genotüüpi. Ja hetkel pole sellest ka väga palju kasu, sest selle informatsiooni lahtikodeerimise soleme me alles väga algusjärgus - kuigi mõningaid soovitusi suudetakse juba anda.

Üldised soovitused paremini elada - sööge tervislikult ja liikuge rohkem on muidugi peaaegu alati õiged (aga ka mitte 100%). Spetsiifilisemad soovitused (sööge rohkem kala, sööge rohkem liha, jooge punast veini, ärge sööge muna) pigem ei kehti, ehkki mõnede indiviidide või populatsioonide puhul võivad nad anda väga suurt efekti. See aga, et nad kusagil kellegi jaoks töötasid ei anna suurt kindlust, et nad töötavad ka meie puhul. Üks asi, mida ame oleme inimgenoomist nüüdseks teada saanud on see, et me oleme ikka väga-väga erinevad.

Tartus, 22 detsembril 2014

3 comments:

  1. Suurem osa jutust on enamvähem õiged v.a. järeldused. Esiteks väide, et enamik (polügeenseid) tunnuseid on >50% pärilikud. See on väga laest võetud väide. Pigem sa loed tunnuse polügeenseks, kui tal on märkimisväärne pärilik komponent ja selle piiri tõmbamine on üsna meelevaldne. Näide võiks olla luumurrud, toidumürgitus või viirushaigustesse haigestumine. Seega genetiline determineeritus on tunnuste lõikes väga erinev. Samuti on võimalik, et geneetika mõju väljendub ainult soodsate keskkonnatingimuste olemasolul (piisavalt süüa, et pikaks kasvada, diabeet kui oled paks, jne.). Seega väga palju on enda teha ja sööge kala!

    ReplyDelete
  2. See on juba filosoofiline tähenärimine - mida me üldse nimetame tunnuseks. Ma loodan, et kontekstist selgub, et ma isikukoodist ei räägi. Viimasel on vist jah suht nullilähedane pärilikkus, samas eesnime, luumurdude, toidumürgituste ja viirushaiguste puhul ma nii kindel ei ole.
    Mis puutub keskkonnatingimustesse, siis elame me (rikaste lääneriikide inimesed) praegu keskkonnatingimuste osas ju enam-vähem optimumi lähedal (ehk siis geneetiline efekt peaks olema enam-vähem maksimaalne). Kusjuures see, kui optimumi lähedal keegi elab on enam-vähem täielikult tema enda teha. Ja see, milliseks ta selle teeb on suuremas osas geneetikaga määratud.
    Ehk siis - isegi, kui kala söömine aitaks keskmisel inimesel südamehaigusi vältida, siis see, kas ta kala sööb või ei söö, on suures osas pärilik. Soovitus keskmisele inimesele, et hakaku tervislikult elama on umbes sama toimiv kui soovitus vaesele, et hakaku rikkaks. Idee on hea, aga subjekti psühholoogilised eeldused (jällegi pärilikud) ei võimalda seda teoks teha.

    ReplyDelete
  3. Kui nüüd väga tehniliseks minna, siis isikukoodi eri osadel on muidugi märgatav pärilikkus. Kõige tugevam ilmselt esimese numbri osas (kuigi hiljutine sajandivahetus praegu surub seda maha), arvestatav 2-3 numbri osas ja mingil tühisel määral ilmselt ka 1 ja 4-5 osas.
    Kitsas mõttes geneetilised (DNA põhised) ja antud jutu kontekstis relevantsed on neist vist küll ainult 1 ja 4-5.

    ReplyDelete