Wil je weten of het nature of nurture is? Kijk naar tweelingen

Toen astronaut Scott Kelly in maart 2015 de aarde verliet voor een jaar in het International Space Station (ISS), liet hij een waardevol onderzoeksinstrument achter – zijn tweelingbroer, Mark.

Sinds de eerste menselijke kosmonaut in 1961 de ruimte in ging, hebben wetenschappers gezocht naar manieren om de impact van ruimtereizen op het menselijk lichaam beter te begrijpen. De gebroeders Kelly, die allebei astronaut zijn, boden een unieke en opwindende onderzoeksmogelijkheid. Als eeneiige tweeling is hun DNA zo nauw verwant als het DNA van twee mensen maar kan zijn. Door de biologie van Scott en Mark – inclusief hun DNA – te vergelijken voordat Scott naar het ISS vertrok en in de loop van het jaar terwijl hij weg was, konden onderzoekers de biologische veranderingen vaststellen die kunnen worden veroorzaakt door een leven in de ruimte.

De Kelly’s bieden een uitstekend voorbeeld van hoe tweelingstudies het wetenschappelijk inzicht in de relatie tussen het DNA van mensen en hun individuele omgeving kunnen versnellen, en hoe deze relatie bijdraagt aan gezondheid, veroudering, gedrag en ziekte. Eeneiige tweelingen beginnen het leven met bijna identiek DNA, dus verschillen die tussen hen worden waargenomen zijn waarschijnlijk toe te schrijven aan hun omgeving – d.w.z. individuele levensstijlfactoren zoals diëten, lichaamsbeweging, stress, relaties en waar ze wonen. Dit was het geval bij de Kelly-tweeling tijdens het jaar van Scott in de ruimte. Een twee-eiige tweeling daarentegen begint het leven ook in een identieke omgeving, maar deelt slechts ongeveer 50 procent van zijn DNA (vergelijkbaar met een broer of zus die geen tweeling is). Dus eventuele verschillen tussen hen zijn toe te schrijven aan een meer gecompliceerde mix van genetica en omgeving.

Wetenschappelijke bevindingen uit tweelingstudies – waaronder een beter begrip van de oorzaken van specifiek menselijk gedrag en ziekten – kunnen leiden tot betere begeleiding bij ziektepreventie, evenals nieuwe behandelingen waar zowel tweelingen als niet-tweelingen baat bij hebben.

Hulp van tweelingen

In 1875 werd Francis Galton, een familielid van Charles Darwin, de eerste bekende wetenschapper die tweelingen gebruikte voor onderzoek. Galton bedacht de uitdrukking “nature vs. nurture” en bestudeerde tweelingen om de invloed van elk van beide te achterhalen.

In 1955 begon de in de VS gevestigde National Academy of Sciences-National Research Council (NAS-NRC) met het opzetten van een vrijwillig register van eeneiige en broederlijke tweelingen. Dit register richtte zich op veteranen van de Amerikaanse strijdkrachten, omdat hun adressen en sterftegegevens gemakkelijk beschikbaar waren, en groeide uiteindelijk uit tot ongeveer 20.000 individuen. Het heeft tweelingpersonen geleverd voor veel belangrijke gezondheids- en medische studies in de afgelopen 65 jaar.

Daartoe behoort een baanbrekende studie uit 1977 uitgevoerd door het National Heart Lung and Blood Institute (NHLBI), dat een subset van tweelingparen uit het NAS/NRC-register evalueerde om te identificeren hoe genetica en omgeving specifieke risicofactoren voor hart- en vaatziekten beïnvloeden. Een onderzoek uit 1992 van het NHLBI, in samenwerking met onderzoekers van het Center for Health Sciences van SRI International, maakte gebruik van dezelfde subset van tweelingen om de invloed van genetica op rookgedrag te onderzoeken. Andere tweelingstudies hebben belangrijke informatie opgeleverd over de genetische basis van ziekten zoals osteoartritis, cataract en anorexia nervosa.

SRI’s Twin Research Registry

In 1995 begonnen onderzoekers van het SRI tweelingen te werven voor een nieuw in Noord-Californië gevestigd register. Deze onderzoekers hadden een track record van het uitvoeren van belangrijke gezondheidsonderzoeken met behulp van tweelingen, waaronder een NHLBI-studie die leidde tot een New England Journal of Medicine-paper waarin genetische invloeden op roken werden beschreven. Als vervolg op dat onderzoek wilden Dr. Gary Swan en collega’s bij het SRI hun eigen register van volwassen tweelingen opzetten ter ondersteuning van diepgaander onderzoek naar de factoren die van invloed zijn op nicotineverslaving en -metabolisme bij mensen.

Het SRI-team lanceerde een advertentiecampagne om tweelingen te vinden die geïnteresseerd waren om deel uit te maken van een nieuw SRI Twin Research Registry (TRR). Het team schreef in 2,5 jaar meer dan 1.000 volwassen tweelingen in. Uiteindelijk groeide het aantal leden van het TRR uit tot meer dan 6.200 tweelingen. Tot op heden is het het enige tweelingenregister in Noord-Californië.

Oproep: “Onze betrokkenheid bij het SRI Tweelingenregister is een manier voor ons om terug te geven. We beschouwen onze tweelingzijn als een geschenk, en als behandelingen kunnen worden ontwikkeld en verbeterd door dit geschenk, moeten we teruggeven.” Sandi en Shelli, eeneiige tweelingen en leden van het Twin Research Registry

In de loop van de afgelopen 25 jaar hebben tweelingen die zijn ingeschreven in het TRR deelgenomen aan vele gezondheidsgerelateerde onderzoeken, waarbij alles werd onderzocht, van nicotineverslaving tot de rol van opioïden in pijnrespons en hoe het immuunsysteem reageert op omgevingsfactoren, zoals meeroken. Collectief hebben de door de TRR mogelijk gemaakte studies belangrijke en impactvolle nieuwe inzichten opgeleverd over de rol van genetica versus omgevingsfactoren in menselijke gezondheid en ziekte.

In één specifiek en actueel voorbeeld gebruikten onderzoekers in het Institute for Immunity, Transplantation, and Infection aan de Stanford University de TRR om te bestuderen hoe genetica de reacties van individuen op het seizoensgebonden griepvaccin beïnvloeden. Onderzoekers namen bloed af van eeneiige tweelingen en van broers en zussen, gaven hen het vaccin en namen daarna opnieuw bloed af om na te gaan hoe het immuunsysteem van de tweeling reageerde. Zij ontdekten dat veel van de indicatoren van de vaccinrespons werden aangestuurd door omgevingsinvloeden – en dat deze trend duidelijker werd naarmate de tweeling ouder werd. Bovendien verschilde de vaccinrespons van de tweelingen drie tot vier weken nadat ze waren ingeënt niet van die van mensen die geen familie waren. Dit vertelde de onderzoekers dat omgevingsfactoren, in plaats van genetica, de reacties van individuen op griepvaccins beïnvloeden. Meer in het algemeen illustreerde het hoe het menselijke immuunsysteem adaptief is, wat betekent dat hoe een individu reageert op een vaccinatie of een infectie meer wordt gedreven door waar ze in het verleden aan zijn blootgesteld dan door hun genetica.

Naar het einde van 2019 heeft het SRI het beheer van het TRR overgedragen aan de Stanford University, die van plan is het register te gebruiken om baanbrekende studies te voeden die onderzoeken hoe het menselijke immuunsysteem bijdraagt aan ziekte, evenals om samen te werken met andere onderzoekers voor een verscheidenheid aan wetenschappelijke studies. Tweelingen die al deel uitmaken van het register – of die zich erbij willen aansluiten – kunnen meer te weten komen over het register via de nieuwe Stanford Twin Registry website. Dit is ook een geweldige bron voor iedereen die geïnteresseerd is in het lopende verhaal van tweelingstudies en hoe ze ons begrip blijven bevorderen over wat de menselijke gezondheid drijft.