Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

Одна из наиболее примечательных особенностей эпигенетики заключена в том факте, что эта отрасль науки в некотором роде вполне доступна и неспециалистам. Конечно, не у всех из нас есть доступ к самому современному экспериментальному оборудованию, и потому не каждый сумеет с точностью определить, какие изменения хроматина лежат в основе тех или иных эпигенетических явлений. Но любой из нас в состоянии наблюдать окружающий мир и делать прогнозы на основании собственных наблюдений. Все, что нам для этого требуется, это оглядеться вокруг и определить, отвечает ли какой-либо феномен двум важнейшим критериям эпигенетики. Благодаря этому мы получим возможность увидеть весь мир, включая и человека, в совершенно новом свете. Эти два критерия — те самые, к которым мы то и дело возвращались на протяжении всей нашей книги. Любое явление испытывает на себе влияние эпигенетических изменений в ДНК и соответствующих белках в том случае, если удовлетворяются одно или оба из следующих условий.

1. Два организма генетически идентичны, но фенотипически различны.

2. Организм продолжает находиться под влиянием некого события, хотя оно произошло много лет тому назад.

Разумеется, нам ни в коем случае не следует игнорировать и фильтры здравого смысла. Если кто-то потерял ногу в результате несчастного случая, то тот факт, что и через двадцать лет этот человек по-прежнему остается без ноги, отнюдь не означает, что виной тому некие эпигенетические механизмы. С другой стороны, этот человек может продолжать испытывать ощущение, будто у него обе ноги. Такой синдром фантомной конечности вполне может быть вызван запрограммированными схемами экспрессии генов в центральной нервной системе, которые частично поддерживаются эпигенетическими модификациями.

Иногда мы оказываемся настолько очарованы технологиями, применяемыми в современной биологии, что попросту забываем, как много нового можем узнать, если всего лишь более внимательно будем присматриваться к тому, что нас окружает. Например, нам далеко не всегда требуется сложное лабораторное оборудование, чтобы определить, являются ли два фенотипически разных организма генетически идентичными. Личинки становятся мухами, а гусеницы превращаются в бабочек. Отдельная личинка и взрослая муха, в которую она со временем разовьется, должны обладать одним и тем же генетическим кодом. В процессе метаморфоза личинка отнюдь не обзаводится новым геномом. Значит, личинка и муха используют один и тот же геном, но, совершенно разными способами. Гусеница бабочки-репейницы очень невзрачная на вид, и все ее тело усеяно длинными волосками. Как и у личинки, крыльев у нее нет. Бабочка-репейница—удивительно красивое создание с громадными крыльями, окрашенными в черный и ярко-оранжевый цвета, и без волосков на тельце. И в этом случае отдельная гусеница и бабочка, в которую она превратилась, должны иметь одну и ту же программу ДНК. Однако две пьесы, поставленные по одному сценарию, разительно отличаются друг от друга. Мы вправе предположить, что причиной тому служат эпигенетические явления.

В Европе и Северной Америке обитает горностай вида Mustela ermine. Летом мех этого сильного и ловкого маленького хищника семейства куньих на спинке нежно-коричневый, а на грудке — сливочно-белый. С наступлением холодов его шубка становится абсолютно белой и остается такой, за исключением по-прежнему черного кончика хвоста, на протяжении всей зимы. С приходом весны наряд горностая опять приобретает летние цвета. Мы знаем, что причины этого в гормональных явлениях, вызывающих сезонные изменения окраса меха. Вполне разумно предположить, что эти явления влияют на экспрессию соответствующих генов, определяющих цвет меха, способами, среди которых присутствуют и эпигенетические модификации хроматина.

У млекопитающих обычно существует понятная генетическая причина того, почему самцы являются самцами, а самки — самками.

Функциональная хромосома Y приводит к мужскому фенотипу. У многих видов земноводных, в том числе у крокодилов и аллигаторов, оба пола генетически идентичны. По хромосомам пол крокодила определить невозможно. Будущий пол крокодила и аллигатора зависит от температуры на критических этапах развития яиц — одна и та же генетическая калька используется для появления и самцов, и самок[291]. Мы знаем, что в этом процессе участвует гормональная сигнальная система. Пока не проводились достаточно тщательные исследования вопроса, играют ли эпигенетические модификации свою роль в установлении или стабилизации определяющих пол схем экспрессии генов, но такая возможность представляется вполне вероятной.