Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть

Одно из самых потрясающих наблюдений, отражающих важность рациона для экспрессии генов, содержится в работе биолога Рэнди Джиртла из Медицинского центра Университета Дьюка. Изучая у мышей ген под названием агути, он с коллегами показал, насколько важно питание матери во время беременности. Вы спросите, что делает этот ген? Придает шерсти мышей светлые оттенки. Что-что? Переход от светлых оттенков к рациону матери и изменениям в аппетите ребенка требует более подробных объяснений.

После столкновения сперматозоида и яйцеклетки появившаяся бригада генов закатывает рукава и начинает конструировать ребенка. Разворачивается сложная цепная реакция, в которой в строгой последовательности включаются и выключаются различные волны генов. С самого первого дня окружающая среда, которую обеспечивает матка матери, начинает программировать геном ребенка на самостоятельное выживание. Природа предполагает, что ребенок будет жить в той же среде, которая окружает его мать во время беременности. Поэтому уровень активности некоторых генов потомства программируется еще до рождения – в попытке подготовить ребенка к жизни вне матки. Это называется пренатальным программированием, или программированием плода.

Теперь представьте мышь. Вероятно, вы вообразили энергичного маленького пушистого грызуна с бурой шерстью. Большинство мышей действительно выглядят так, однако иногда рождаются мыши с желтым окрасом, вырастающие до «большого комка шерсти», напоминая трибблов из «Звездного пути». Такие мыши предрасположены к заболеваниям, включая ожирение, диабет и рак. Разница между обычной и желтой мышью состоит в том, что у желтой не отключился ген агути. Если вы внимательно посмотрите на волосок обычной мыши, то увидите, что его средняя часть желтая. Это означает: ген агути был включен. Коричневые части, окружающие желтую, наоборот, означают, что ген был отключен. У некоторых мышей ген агути вообще никогда не действовал, поэтому их шерсть полностью бурая. У желтых мышей ген агути никогда не отключался, создавая золотистый окрас.

Вспомните наше предыдущее обсуждение гормона сытости – α-меланоцитстимулирующего гормона (α-МСГ). Как и многие другие гормоны, α-МСГ оказывает на организм сразу несколько эффектов: кроме того что дает чувство сытости после еды, он делает волосы темными. Белок гена агути блокирует связывание α-МСГ с его рецепторами в клетках волосяных фолликулов, поэтому волосы остаются светлыми. Однако «блондинкам невесело»: к несчастью для желтоволосых мышей, белок агути также мешает связыванию α-МСГ с рецептором MC4R в клетках мозга, что заставляет мышей переедать, ведь они больше не получают сигнала, что сыты.

Однако вы можете задать вопрос: если ген агути есть у всех этих мышей, почему же некоторые – бурые и тощие, а некоторые – желтые и жирные? Изменения в цвете шерсти и в будущем состоянии здоровья определяются тем, какая именно часть гена агути активна и когда.

Как и следовало ожидать, тучные мыши, как правило, рождают потомство, которое тоже вырастает желтым и нездоровым. Но вот потрясающее открытие: если вы подправите рацион желтой матери во время беременности, она родит бурых, стройных, здоровых мышат! Что за волшебство? Фокус в том, что рацион матери обогащали питательными веществами, которые усиливают метилирование ДНК (фолиевая кислота, бетаин, витамин B₁₂ и холин), а такое химическое изменение отключает гены. Ген агути – один из тех, что можно заглушить с помощью метилирования ДНК, производимого переменами в питании. Когда этот ген заглушили, белок агути, который мог заблокировать рецепторы α-МСГ, вообще не производился, в результате детеныши, родившиеся у желтых толстых матерей, были бурыми и не переедали.

Это замечательное исследование повлекло несколько следствий, касающихся аппетита. Во-первых, ДНК развивающегося плода активно программируется еще до рождения, чтобы подготовиться к среде, в которой живет мать. Такое программирование плода частично основано на сигналах, идущих от рациона матери: они указывают, на что похожа окружающая ее среда. Во-вторых, то, что ест мать во время беременности, может оказать длительный эффект на ее потомство, изменяя метилирование ДНК ребенка. Следует осторожно относиться к пищевым добавкам, если они не входят в список рекомендуемых медиками: мы понятия не имеем, что может сделать большинство таких добавок с ДНК плода. В-третьих, хотя вы наследуете гены отца и матери, это не значит, что гены будут экспрессироваться так же, как у отца и у матери. Желтые матери с геном агути могут быть толстыми, но их потомство не обязано делить такую участь. Конечно, эту концепцию можно и развернуть в обратную сторону: дальнейшее изучение генов и эпигенетического контроля поможет беременной запрограммировать здоровье будущего ребенка.