Читая между строк ДНК. Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем - Петер Шпорк

Однако вопрос, как внешним факторам вообще удается оказывать устойчивое влияние на человеческую психологию, всегда оставался открытым. Фрага и его коллеги предположили существование эпигенетических переключателей, поскольку они надолго закрепляют в клеточных ядрах результаты воздействия образа жизни и других внешних факторов. Итак, они исследовали ДНК близнецов, обращая внимание, насколько она метилирована в определенных местах и нет ли там различающихся привесков на гистонах.

Результат этого исследования — одно из лучших доказательств, что второй код действительно обеспечивает сообщение клеток организма с окружающей средой. «Самые молодые пары близнецов эпигенетически идентичны, а вот у самых старых больше всего отличий», — таков вывод Фрага. Чем старше тот или иной близнец, заключил ученый, тем дольше он подвергался воздействиям внешней среды и тем чаще эти влияния меняли его эпигеном. Различия между близнецами с возрастом неизбежно увеличиваются, поскольку накапливается неодинаковый опыт, меняющий второй код.

Опрос близнецов убедительно подтвердил это предположение: примерно у трети пар ученые обнаружили отчетливые эпигенетические различия. Это касалось почти всех пожилых близнецов, а среди них наиболее выраженными отличия оказались у тех, кто большую часть жизни прожил в разных социальных условиях или имел отличную от брата или сестры «медицинскую историю».

Так что разные, несмотря на их молодость, болезни у 23-летних сестер Патрисии и Консепсьон — скорее исключение. А вот отличающаяся судьба пожилых испытуемых — практически норма: если кто-то из близнецов страдает диабетом, то лишь в каждой третьей паре заболевает и второй. Перед нами не просто еще одно доказательство, что массовые заболевания обусловлены скорее внешними факторами, чем геномом. Мы видим, какова власть второго кода. «Даже небольшие изменения эпигенома могут оказывать огромное влияние на фенотип человека», — пишут ученые из команды Фрага.

Пернилла Поульсен из Диабетического центра «Стено» (Гентофте, Дания) решила более пристально изучить этот аспект. В 2007 году она совместно с Фрага и другими учеными исследовала эпигеномы тех пар датских близнецов, в которых у одного наблюдался старческий недуг, а у другого — нет. Их вывод таков: эпигенетические изменения, которые в старости могут привести к развитию болезни, происходят частью совершенно случайно, а частью — вследствие внешних воздействий.

Помимо всего прочего результаты испанских и датских исследований доказывают: эпигенетика — нечто большее, чем программа, управляющая процессом развития, индивидуализации и дифференцирования отдельных клеток организма. Второй код меняется на протяжении всей нашей жизни, а не только в период эмбрионального развития. Даже в преклонном возрасте мы можем влиять на него — и положительно, и, конечно же, отрицательно.

На серьезные размышления по этому поводу наводят также результаты, полученные датско-испанской группой эпигенетиков: в клетках слизистой оболочки рта близнецов-курильщиков, по сравнению с аналогичными клетками их некурящих братьев и сестер, обнаружено гораздо больше метильных групп — блокировщиков генов, которые кодируют подавляющие рак белки. Очевидно, смолы, проникающие в ткани при курении, меняют эпигеном курильщиков, и их клетки теряют способность достаточно эффективно противодействовать перерождению. Это всего лишь одна из причин, почему курильщики намного чаще заболевают раком, чем некурящие.

Разумеется, о том, что курение значительно повышает риск рака легких и многих других видов онкологических заболеваний, говорят уже давно. Тем не менее лишь немногие заставляют себя отказаться от опасной привычки. Может быть, помогут работы эпигенетиков. Ибо они выявляют новые биологические связи: человек, отравляющий себя никотином, ведет опасную игру с переключателями на своем геноме. Он трансформирует их настолько, что рак со временем почти не встречает сопротивления на клеточном уровне и одерживает легкую победу.

Сегодня многие молекулярные биологи убеждены: эпигенетические изменения, в течение жизни накапливающиеся в клетках каждого из нас, — одна из основных причин развития старческих недугов. Однако до самого последнего времени не было доказано, существуют ли вообще такие изменения. Эту ситуацию, наряду с работами по близнецам из Испании и Дании, изменила группа под руководством Ханса Бьернсона из Университета Джонса Хопкинса (Балтимор, США).

В 2008 году эта команда исследователей опубликовала результаты эпигенетического анализа наследственного материала 111 исландцев и 126 жителей США. Испытуемых обследовали два раза с интервалом в 11 и 16 лет. Результат однозначный: с течением времени биохимические переключатели на ДНК большинства участников заметно изменились.

Теперь ясно, что отличаться могут не только эпигеномы двух генетически идентичных людей, но и второй код одного и того же взрослого человека. Эндрю Фейнберг, один из соавторов упомянутой работы, таким образом интерпретирует эти революционные результаты: «Мы начинаем понимать, что эпигенетика лежит в основе современной медицины, поскольку питание и другие внешние факторы могут модифицировать эпигенетические структуры, а не одинаковые во всех клетках тела последовательности ДНК».

Это открытие, без сомнения, повлечет за собой массу важных последствий для нашей повседневной жизни и будущего биомедицины.

3

Становление личности: что укрепляет характер

Когда крысы не вылизывают своих детенышей

«Обычные лабораторные крысы», — так подумают непосвященные, оказавшись в одной из лабораторий Майкла Мини, работающего в Университете Макгилла (Монреаль). Все очень мило: кругом снуют в своих клетках небольшие группки грызунов, обнюхивают друг друга, чистят, почесывают и вылизывают; малыши прижимаются к своим мамам. Но впечатление обманчиво: некоторые крысы не похожи на остальных; они агрессивны, боязливы, возбудимы, замкнуты и нервны. Другие, напротив, очень смелы, ласковы, дружелюбны и обучаемы.

Канадский этолог и специалист по мозгу Майкл Мини точно знает, почему так происходит. Матери трусливых особей недостаточно заботились о детенышах в первые восемь дней жизни. Это так называемые non-licking mothers — матери, которые не вылизывают детенышей.

Смелых крысят, напротив, мамаши вылизывали в эти дни особенно усердно. Причем не важно, родные ли это дети. Когда ученые меняли малышей, трусливыми становились именно те крысята, которых недостаточно вылизывали, — абсолютно независимо от кровного родства. Следовательно, не гены ответственны за огромную разницу в характере подопытных животных, а первый жизненный опыт грызунов. Время непосредственно после рождения оказалось критическим периодом развития крыс. Очевидно, клетки их мозга принимают некоторые основополагающие решения именно в этот период.

Когда в 2004 году Майкл Мини и его коллеги Иэн Уивер и Моше Шиф опубликовали результаты своих исследований, этот научный факт уже не был новостью. Их работа стала столь популярной и часто цитируемой, потому что эти ученые первыми смогли показать: диаметрально противоположное поведение грызунов отражается в изменениях эпигенетической модели клеток мозга.

Эксперименты под кодовым названием «вылизывание и уход» (licking and grooming) начались уже в конце 1990-х годов. Эти опыты называются так потому, что материнская забота у крыс измеряется очень просто: частотой, с которой мать вылизывает (licking) своих детенышей и чистит или чешет (grooming) их. В процессе этой деятельности детеныши получают то, что им так необходимо, — чувство защищенности. И чем более защищенными чувствуют себя малыши, тем увереннее они противостоят угрозам в будущем, тем уравновешенней становятся. Поскольку опыт первых дней «выжигает» в их мозгу глубокий след, этот эффект сохраняется на всю жизнь, если, конечно, не случится чего-то экстраординарного.

Мини и его коллеги в 2004 году открыли, как функционирует «выжигание» информации на эпигенетическом уровне. Первые жизненные впечатления воздействуют на модель метильных групп ДНК в одной очень важной области мозга и гистоновые модификации определенного гена. Так регулируется считываемость гена. Как раз этот ген содержит «монтажную схему» для создания места присоединения кортизола, гормона стресса.

На следующем этапе работы канадские ученые выяснили, что у детенышей «невылизывающих матерей» в гиппокампе, центральной области мозга, задача которой — запоминание и переработка впечатлений, действительно очень мало мест для присоединения стрессового гормона. Из-за этого гипофиз даже при сравнительно небольшой нагрузке вбрасывает в кровь непривычно большое количество сигналов на повышение уровня стрессового гормона.