Властелин ДНК. Как гены меняют нашу жизнь, а наша жизнь – гены

А ведь это только начало. Исследования генетиков XXI века происходят в очень быстром темпе. Мышки Джиртла выглядят уже далеко не так впечатляюще на фоне многих последовавших более поздних работ по этой теме. Каждый день мы узнаем новые способы, позволяющие менять экспрессию генов. И не только у мышей, но и у людей тоже. Уже не стоит вопрос о том, можем ли мы хоть чего-то добиться на этом пути. Сейчас работа идет над тем, как в результате таких вмешательств достичь здоровья и долголетия нам и нашим потомкам.

То, что впервые предположили Риггс и Холидей, а потом Джиртл с коллегами подтвердили экспериментально, сейчас называется эпигенетикой. В широком смысле эпигенетика – это наука о том, как условия среды меняют экспрессию генов, не меняя при этом первичной структуры ДНК. Например, как в истории с пчелиными личинками и маточным молочком. Одно из самых захватывающих и быстро развивающихся направлений эпигенетики – изучение того, как и когда такие перемены наследуются. Причем не обязательно только на одно поколение.

Один из самых распространенных способов эпигенетического изменения экспрессии – метилирование ДНК. Есть много способов модифицировать нить ДНК, не затрагивая саму последовательность «букв». Когда происходит метилирование, к молекуле ДНК прикрепляется ярлычок из углерода и водородов в форме трехлистного клевера. В результате такого изменения – не важно, нового или унаследованного от предков – меняется программа поведения клеток. Ярлычки метилирования включают и выключают определенные гены. Так могут проявляться врожденные пороки, рак или диабет. Или же, напротив, из‑за изменения экспрессии у человека может быть крепкое здоровье, продлится время жизни или обнаружатся выдающиеся умственные способности.

И такие эпигенетические перемены происходят с нами в самые неожиданные моменты. Например, на летних занятиях для худеющих.

Ученые-генетики проследили за двумя сотнями испанских подростков, которые проходили десятинедельный курс интенсивных занятий, борясь с лишним весом. Выяснилось, что можно достаточно точно предсказать, кому из ребят удастся похудеть за лето. Как оказалось, скорость потери веса зависит от включения и выключения генов в 5 участках генома. Выходит, что часть занимавшихся была заранее эпигенетически запрограммирована на успех в похудании{38}. В то время как остальных ждала неудача, несмотря на занятия под руководством компетентных тренеров и строгое соблюдение правильной диеты.

Постепенно мы учимся использовать знания, получаемые в таких исследованиях, для непосредственной выгоды носителя тех или иных эпигенетических меток. На примере ярлычков метилирования ДНК у испанских подростков стало очевидно, насколько важно знать свой эпигеном, если вы собираетесь, например, худеть. Ведь теперь понятно, что именно нужно выяснить, прежде чем начинать применять ту или иную методу борьбы с лишним весом. И такое знание позволит не только достичь успеха, но и избежать траты сил, денег и времени на занятия, которые просто обречены на провал.

Однако не стоит забывать, что эпигеном далеко не стабилен. На него влияют многие генетические процессы. Более того, эпигенетические модификации вообще и метилирование в частности легко происходят при изменении внешней среды. В последние годы ученые разработали множество методов изучения и даже изменения метилирования генов. Сегодня мы можем не только включать и выключать определенные гены, но и регулировать их экспрессию более тонко.

А ведь даже небольшое изменение уровня экспрессии способно превратить безобидное отклонение в порок и наоборот.

Подобные эпигенетические изменения могут быть вызваны чем угодно. Принимаемыми лекарствами. Курением табака. Тем, что мы пьем и едим. Посещением занятий йогой. Рентгеновским излучением в кабинете рентгенолога.

И даже стресс может вызывать такие изменения.

Ученые из Цюриха решили проверить, как психологические травмы в раннем детстве влияют на экспрессию генов. Для этого они забирали только родившихся, еще слепых, глухих и голых мышат у их матерей и возвращали на место через три часа. И так каждый день.

Эксперимент шел две недели. Со временем эти мышата, как и все их сородичи в таком возрасте, стали видеть, слышать и покрылись шерстью. Одним словом, повзрослели. Однако после пережитых в младенчестве переживаний они выросли плохо приспособленными к жизни. В особенности плохо у них было с оценкой потенциальной опасности. Оказавшись в рискованной ситуации, они не пытались выбраться или как-то бороться, а просто сразу сдавались. И что самое удивительное, эту свою черту они передавали потомкам! Причем, даже если не принимали участия в их воспитании. Другими словами, как бы невероятно это ни звучало, эффект стресса, пережитого в детстве, передавался по наследству, по крайней мере, на два поколения!

Не забывайте, что геном мыши сходен с нашим примерно на 99 %[11]. Исследователи из Цюриха зарегистрировали изменение двух генов. Mecp2 и Crfr2. И оба этих гена есть как у мыши, так и у человека.