Al eeuwenlang leven miljoenen mensen op grote hoogten in bergketens zoals de Andes en de Himalaya, waar de zuurstofconcentratie aanzienlijk lager ligt dan op zeeniveau. Hoe deze populaties erin zijn geslaagd om zich aan te passen aan deze uitdagende omstandigheden, heeft wetenschappers lange tijd gefascineerd. Nieuw onderzoek brengt nu een extra dimensie aan het licht: naast genetische aanpassingen speelt ook epigenetica – veranderingen in genexpressie zonder wijzigingen van het DNA zelf – een cruciale rol bij de aanpassing aan leven op grote hoogte.
**Van genetische varianten naar epigenetische mechanismen**
De wetenschappelijke gemeenschap kent al langer voorbeelden van genetische aanpassingen aan grote hoogte. Zo hebben Tibetanen die in de Himalaya wonen een unieke variant van een gen dat de zuurstoftransportcapaciteit van hun bloed vergroot. Deze erfelijke aanpassingen zijn het resultaat van duizenden jaren natuurlijke selectie.
Maar het verhaal blijkt complexer te zijn dan enkel erfelijke genetische varianten. “Er was vroeger een debat in de menselijke gedragswetenschappen dat bekend stond als ‘nature versus nurture’,” legt onderzoeker Scott Johnston uit. “Tegenwoordig weten we dat het niet ‘nature versus nurture’ is, maar eerder ‘nature en nurture’.” Deze nieuwe inzichten zijn mogelijk dankzij ontdekkingen op het gebied van de epigenetica.
**Epigenetica: de schakelaar tussen genen en omgeving**
Epigenetica bestudeert veranderingen in organismen die worden veroorzaakt door wijzigingen in genexpressie, zonder dat het onderliggende DNA-sequence verandert. Een van de belangrijkste epigenetische mechanismen is DNA-methylatie, waarbij methylgroepen aan het DNA worden gehecht en zo de activiteit van genen kunnen beïnvloeden.
Recent grootschalig onderzoek naar DNA-methylatie heeft opmerkelijke inzichten opgeleverd over hoe mensen zich aanpassen aan het leven op grote hoogte. Een methyloom-brede associatiestudie onderzocht 687 inwoners van het Tibetaanse plateau, 299 geacclimatiseerde nieuwkomers en 462 mensen die op lage hoogte leven.
**Korte versus lange termijn aanpassing**
De resultaten van dit onderzoek onthullen een fascinerend onderscheid tussen korte termijn acclimatisatie (STA) en lange termijn aanpassing (LTA). Voor kortetermijn acclimatisatie werden 93 differentieel gemethyleerde sites geïdentificeerd, terwijl voor langetermijn aanpassing maar liefst 4.070 sites werden gevonden.
Opmerkelijk is dat deze twee types aanpassing geen overlap vertonen en zelfs tegengestelde patronen laten zien. De genen die betrokken zijn bij kortetermijn acclimatisatie zijn voornamelijk gerelateerd aan de celcyclus, terwijl langetermijn aanpassing geassocieerd wordt met immuunziekten en calciumsignaleringsroutes.
**Gezondheidsuitdagingen op grote hoogte**
Het leven op grote hoogte brengt aanzienlijke fysiologische uitdagingen met zich mee. De hypobare en hypoxische omstandigheden hebben nadelige effecten op het ademhalingssysteem, het circulatiesysteem en het zenuwstelsel. Volgens recent onderzoek kunnen deze omstandigheden hoogteziekte veroorzaken met symptomen zoals slapeloosheid, hoofdpijn, misselijkheid en kortademigheid. In ernstige gevallen kan dit leiden tot hoogtepulmonaal oedeem of hoogtehersenoedeem.
Voor de meeste mensen resulteren deze omstandigheden in een daling van de zuurstofgehalte in het bloed, een stijging van de bloeddruk en verhoogde hart- en ademhalingsfrequenties. Populaties die al generaties lang op grote hoogte leven, hebben echter unieke fysiologische aanpassingen ontwikkeld die hen in staat stellen om te overleven en zich voort te planten in deze extreme niche.
**De Andesgegevens**
Hoewel veel onderzoek zich heeft gericht op Tibetaanse populaties, leveren studies uit de Andes waardevolle aanvullende inzichten. Onderzoek door Colleen Julian en Lorna Moore van de University of Colorado toont aan dat ook Andespopulaties specifieke genetische aanpassingen hebben ontwikkeld voor het leven op grote hoogte.
Een belangrijk aspect van het Andesonderzoek is de focus op epigenetische veranderingen, specifiek veranderingen in DNA-methylatie, om te begrijpen hoe geboren en getogen worden op grote hoogte de menselijke biologie beïnvloedt. Dit is significant omdat het de focus verschuift van puur genetisch naar epigenetisch onderzoek.
**Implicaties voor de toekomst**
De ontdekkingen over epigenetische aanpassingen hebben verreikende implicaties. In tegenstelling tot genetische varianten die iemand wel of niet erft, kan DNA-methylatie veranderen gedurende iemands leven. Dit betekent dat aanpassingen aan extreme omgevingen deels kunnen worden verworven en mogelijk zelfs aan nakomelingen kunnen worden doorgegeven.
Een interessante bevinding uit het onderzoek is dat epigenetische klokanalyse bewijs toont van versnelde veroudering bij geacclimatiseerde nieuwkomers vergeleken met mensen die van nature op lage hoogte leven. Dit suggereert dat aanpassing aan grote hoogte mogelijk een biologische prijs heeft.
**Toekomstig onderzoek**
Deze bevindingen openen nieuwe wegen voor onderzoek naar menselijke aanpassingen aan extreme omgevingen. Het begrijpen van epigenetische mechanismen kan niet alleen helpen bij het verklaren van aanpassingen aan grote hoogte, maar ook bij andere uitdagingen zoals klimaatverandering en ruimteverkenning.
Voor de medische wetenschap kunnen deze inzichten leiden tot betere behandelingen voor hoogteziekte en andere gerelateerde aandoeningen. Bovendien kan het begrip van epigenetische aanpassingen bijdragen aan personalized medicine, waarbij behandelingen kunnen worden aangepast aan iemands specifieke genetische en epigenetische profiel.
De studie van epigenetica bij hoogteaanpassing illustreert hoe complex en veelzijdig menselijke adaptatie werkelijk is, en benadrukt dat zowel onze genen als onze omgeving vormgeven wie we zijn en hoe we functioneren.