Эпигенетика: читаем между строк ДНК

9 апреля 2016 - Townsman
article84.jpg

 Почему некоторые курильщики живут более ста лет, а люди, ведущие здоровый образ жизни, могут тяжело болеть? На эти вопросы может ответить эпигенетика — наука, исследующая изменение активности генов, не затрагивающих структуру ДНК. Публикуем обзор книги немецкого нейробиолога Петера Шпорка об одной из самых перспективных научных дисциплин.

Появление эпигенетики

Петер Шпорк пишет о сравнительно молодой науке. Название «эпигенетика» появилось в 1942 году, когда Конрад Уоддингтон, биолог из Англии, заложивший основы системной биологии, предложил этот термин как среднее между «генетикой» и аристотелевским «эпигенезом» — учением о последовательном эмбриональном развитии. Мы знаем о классическом эксперименте Аристотеля с разбиванием куриных яиц — с помощью него философу удалось установить, что сначала в зародыше формируется сердце, а возникновение внутренних частей предшествует развитию наружных. В 40-х, когда ученым была еще непонятна физическая природа генома, предположение Уоддингтона о эпигенетическом ландшафте было революционным.

 

По аналогии с географическим ландшафтом, на котором есть реки, текущие от истока к устью, можно представить себе развитие организма как течение реки — исток в данном случае станет зачатием, а устье — зрелостью. Однако не стоит забывать о рельефе, по которому пролегает речное русло: этой метафорой можно обозначить внешние условия, которые влияют на развитие организма. Лавина, камнепад или даже землетрясение могут иначе направить течение реки. Приспосабливаясь к новым условиям, организм претерпевает мутации, что составляет основу изменчивости — важнейшую часть биологической эволюции.

В 60-х и 70-х началось активное изучение генов. Теперь мы все знаем, что многие гены владеют информацией о структуре клетки и способах ее функционирования и активны в течение всей жизни человека. Однако ученые столкнулись с тем, что многие гены работают непостоянно, а режим их включения зависит от внешних факторов. Как раз такими механизмами и занимается эпигенетика — наука, исследующая изменение активности генов, не затрагивающее структуру ДНК. Таким образом, мнение о том, что все функции человеческого организма обусловлены последовательностью цепочки ДНК, опровергается эпигенетикой. Иными словами, эпигенетика может объяснить, как окружающая среда может влиять на включение и выключение наших генов. Первая Нобелевская премия за открытия в области эпигенетики была присуждена только в 2006 году — это были ученые из США.

Второй код

Шпорк сравнивает человеческие гены с компьютерным «железом». Хорошо иметь дорогую видеокарту и мощный процессор. Но что насчет софта? Разве без него можно выполнить самое элементарное действие — набрать текст, посмотреть изображение? Эпигенетики занимаются как раз программным обеспечением нашего организма. В ближайшей перспективе ученые намерены исследовать, как, изменяя свой образ жизни, мы можем научиться управлять нашими генами и продлевать жизнь — свою и наших потомков.

Генетика и ее печально известная прикладная отрасль, евгеника, предполагали, что только генетический материал влияет на состояние развития организма. Рэнди Джертл, биолог из Дюкского университета (Дарем, США), опровергнул это с помощью наглядного эксперимента: он давал генетически идентичным лабораторным мышам во время беременности различный корм. Мыши, родившиеся от матерей, употребляющих в пищу корм с биодобавками, были здоровыми и бурыми, а мыши, лишенные такого корма, рождались желтыми и болезненными. Эти изменения будут в дальнейшем влиять на всю последующую жизнь животных: плохое питание отключило в них некоторые гены, определяющие цвет шерсти и сопротивляемость болезням. Гены эмбрионов на момент кормления были уже сформированными и не подвергались воздействию — следовательно, воздействию подвергалось что-то еще. Как раз этими механизмами воздействия и занимается эпигенетика — «над-генетика», изучающая эпигеномы, расположенные как бы над геномом клеток.

Правда в том, что если бы только геном, состоящий из всего лишь четырех различных компонентов, своего рода «монтажная схема», определял бы наше развитие, то мы бы были все примерно одинаковые. «Даже шимпанзе мало чем отличались бы от нас», — пишет Шпорк. Именно благодаря эпигеному, «второму коду», наш организм способен выстраивать клетки разных типов — волоса, печени, мозга, — хотя в них один и тот же геном. Эпигеном, таким образом, — это указания насчет того, как управлять геномом. Именно он отвечает за активацию и дезактивацию определенных генов и программирует скорость старения клеток. Очевидно, что, если бы каждая клетка одновременно считывала все свои гены и синтезировала все возможные белки, организм не смог бы функционировать. То, чему нас учили в школе, что клетки передают по наследству только свой геном, больше не отвечает научной действительности. На самом деле клетки наследуют и эпигеном.

Влияние эпигенетики на геронтологию огромно. Теперь ученые знают, что несмотря на существование неизменного генома, судьба человека в большой степени в его собственных руках. «Измените стиль жизни — и вы положите начало цепочке биохимических изменений, которые станут незаметно, но неуклонно помогать и вам, и, возможно, всем вашим потомкам до конца их жизни на Земле», — предлагает Шпорк. И, несмотря на то, что это высказывание походит на то, что обещают все мировые религии, оно имеет под собой строгие биологические основания.

После того как в 2003 году эпохально завершился проект «Геном человека», ученые столкнулись с новыми проблемами. Фармацевты уже надеялись на новые генные препараты, но оказалось, что сбой функции какого-то определенного гена редко приводит к развитию болезни, которую можно диагностировать заранее. Все оказалось куда сложнее, чем выглядело в начале. Ученые узнали, что геном не устойчивый текст. Число генов может увеличиваться, например, в 16 раз, а сами гены — модифицироваться, дробиться и снова состыковываться: такие гены называются транспозонами.

Ученые делали ставки на своеобразном генном тотализаторе — они должны были угадать, сколько генов будет у человека по окончанию исследований. Оценки разнились — количество генов прыгало от 27 до 160 тысяч. После окончания секвенирования генома человека в 2003 году выяснилось, что генетический код амебы в двести раз длиннее человеческого, — последний составляет лишь примерно 22 тысячи генов. Почему же сложность организмов не отражается в их ДНК? Или, может быть, у более сложных организмов ДНК более компактная? Но что тогда делать с дрожжами, у которых ДНК в двести раз короче человеческой?

Эпигенетика ответила на вопрос о том, как у человека может быть генов меньше, чем у амебы или сорняка: высшие организмы способны синтезировать из одной «схемы» множество вариантов белков. Иными словами, все дело в генной регуляции — она появляется только у сложных организмов, и чем она сложнее, тем разнообразнее устроена его жизнедеятельность. Таким образом, несмотря на небольшое количество генов, человек, благодаря своему эпигеному, гораздо сложнее других организмов. Этот же тезис эпигенетиков отвечает и на другой популярный вопрос: почему мы мало отличаемся от шимпанзе, если совпадение наших геномов — 98,7%? Несмотря на то, что различия в генетическом материале минимальны, эпигенетические различия — огромны.

Еще один вопрос, который можно было задать эволюционным биологам еще несколько десятилетий назад, — как человек приспосабливается к внешней среде в долгосрочной перспективе? Ранее наука знала только о двух крайностях — эволюции, которая требует тысяч лет, и гормональных изменениях, работающих сверхбыстро. Однако между ними оказался немаловажный срединный механизм — эпигенетические переключатели. Именно они формируют наше приспособление к окружающей среде на срок, соизмеримый со сроком человеческой жизни. Особенно важно, что изменения, произведенные ими, будут действовать долгосрочно — даже если в клетку не будут поступать новые сигналы. Так становится понятнее, почему питание нашей матери или ранние детские переживания могут влиять на всю дальнейшую жизнь. Но не стоит думать, что эпигеном — абсолютно неподвижная система. Человек способен менять свойства своего организма, как в лучшую, так и в худшую сторону.

Рейтинг: +5 Голосов: 5 756 просмотров
Комментарии (2)
Alesja # 28 июля 2016 в 16:22 +1
Я может чего не поняла... А где ответ на вопрос , почему курильщики живут до 100 лет , а ведущие ЗОЖ могут тяжело болетть? Какое отношение к этому имеет гном , транспозоны и амебы?
Что-то с чем-то # 12 декабря 2016 в 01:46 +3
Сразу вспоминаются ветхие сморщеннные бабушки из телевизора, смолящие как сапожники. Сегодня вообще на одном сайте вычитала, что до пяти сигарет в день может только немного усугубить ВСД, а серьезных патологий в органах не вызывают. Так ли это, вопрос спорный. Но мне с моим низким давлением, курение наверное может улучшить состояние, тонизируя сосуды. Хотя есть и другие методы решения проблемы.
Volcano здоровые легкие сигареты мика как начать курить женские сигареты удовольствие удовольствие от курения курение здоровье курящая девушка Liebfraumilch елизавета серебрякова женское курение самые безопасные сигареты пин-ап курящая женщина гламур армянские сигареты девушка папиросы овальные сигареты сигарета Superslims сигареты без фильтра Marlboro дешевые сигареты новые марки сигарет донской табак история табак девушки любовь сигариллы Queen size элитные сигареты реклама самые модные сигареты советские сигареты тонкие сигареты никотиновая зависимость ментоловые сигареты ароматизированные сигареты сигареты из крыма испания юмор зажигалка фильтр-мундштук сигареты кисс ява курить сигареты с ментолом Parliament импортные сигареты King size компакт красота первая затяжка девичья курилка импорт стиль натуральный табак большая пачка сигареты компакт колумбийская мешка как курить взатяг сигареты лд курилка сигареты винстон курение и здоровье пепельница дым друзья модные сигареты дрордж гросс #smokeemo's blog германия пётр 1 прима борьба с курением богатыри Winston польза курения сигареты ричмонд красный мальборо нак начать курить мундштук молочный аккаунт Camel Pepe Mevius бен хур баз пачка ангелика культура курения курильщицы школа курильщиц Lss курящие девушки сигареты вог сигареты кент мини-сигары болгарские сигареты суперслим стёб никотин Captain black киевский пейзаж сигареты оптима самокрутки сигареты джой ветлужанка сигареты с фильтром-мундштуком комфортное курение сигареты мальборо как скрыть запах табака жизнь Kent полиция легкие сигареты общение женственность школа кисс яблочный красота и курение Slims палево полезные сигареты гильзы Smokeemo's blog белорусские сигареты гродненская табачная фабрика Alliance творчество сигареты парламент сигареты давидофф собака первая сигарета Bond рафаэль де сото фото Menthol страсть секреты долголетия сигариллы без фильтра мальборо с ментолом украинские сигареты эстетика сигареты прима мужчины охрана китайские сигареты кино сигареты гламур крепкие сигареты мода Cafe & cream Esse кофе лось курильщица гарри бёртон Clubmaster сигареты плай Dunhill Super slims первая пачка курение в самолёте желание курить папиросы ялта польша альянс моршанск классика спалила мама грусть дети имидж карелия сигареты спорт подарок сигареты стиль мода и курение Pueblo курение при астме молоко Kiss сексуальность Dupont табачный павильон курительный клуб Glamour Aroma rich куин сайз пещера раздвижная пачка сигареты эве сигареты филип моррис фредерик смит лиггетт дукат