Страница 1 из 52
Петер Шпорк
Читая между строк ДНК
Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем
Моим родителям, бабушкам и дедушкам, которые дали мне гораздо больше, чем геном и его переключатели
Предисловие. Революция!
Если бы мы были компьютерами, наши гены составляли бы аппаратную часть. Естественно было бы предположить и существование программного обеспечения — именно его вот уже несколько лет пытаются расшифровать эпигенетики — да-да, не генетики, а именно эпигенетики. Эти ученые исследуют те элементы нашего наследственного материала, которые его программируют — сообщают ему, какой ген должен работать, а какой нет.
Компьютерный софт определяет, можем ли мы использовать ПК для работы с текстом, графическими изображениями, электронными таблицами или для игр, а благодаря эпигенетическому программному обеспечению наши клетки «знают», в каких процессах они участвуют — в процессе мышления, пищеварения, синтезирования гормонов или в борьбе с болезнями. Кто способен целенаправленно перепрограммировать этот софт, тот может эффективно использовать весь огромный потенциал, скрытый в генах.
Слова «революция» или «революционный» будут часто встречаться в этой книге. Слишком часто, попеняют некоторые. Слишком редко, возразят другие. Как популяризатор науки и биолог могу заверить, что обычно я этими понятиями не злоупотребляю. Но в связи с эпигенетикой они прямо-таки напрашиваются. Ибо эта новая научная область обещает перевернуть нашу жизнь и жизнь наших потомков.
Эпигенетика помогает исследователям разрабатывать совершенно новые препараты и методы лечения. Она учит нас, как, изменяя свой образ жизни, мы можем частично управлять собственными генами. Она объясняет, как сформировались различные черты нашего характера и как наши привычки отражаются на личности наших детей. Эпигенетика показывает, как здоровый образ жизни продлевает нам жизнь, а в придачу — и жизнь наших потомков. К тому же она изменяет некоторые фундаментальные положения генетики.
Профилактическая медицина, онкология, педагогика, психология, психиатрия, геронтология, эволюционная биология — все эти отрасли извлекают пользу и получают сильные импульсы развития от новой области генетики. Думается, что такое позволительно назвать революцией.
Введение. Клеточная память
Власть, о которой не предполагали
Что у вас было сегодня на завтрак? Регулярно ли вы ездите на работу на велосипеде? Удавалось ли вам в последнее время уделить внимание себе и снять стресс? Когда вы в последний раз гладили своего ребенка по голове и хвалили его?
Почему я задаю такие вопросы? Они затрагивают темы, о которых пойдет речь в этой книге. Потому что почти все наши действия и то, как поступают с нами другие, отражается на наших клетках. Все это оставляет след на молекулярно-биологической основе нашего организма. Новая наука способна доказать, что подобные следы, если только они устойчивы и достаточно глубоки, влияют на самую сердцевину наших клеток — наследственный материал.
«Над нашими генами и генами наших детей мы имеем власть, о которой не предполагали», — говорит Рэнди Джертл, биолог из Дюкского университета (Дарем, США). В рамках одного примечательного эксперимента он предопределяет состояние здоровья и внешний вид генетически идентичных мышей исключительно благодаря составу корма их матерей во время беременности. Если корм содержит специальные витамины и биодобавки, детеныши будут поджарыми, здоровыми, бурыми. При отсутствии этих добавок они окажутся толстыми, болезненными и желтыми.
Их гены не подвергаются воздействию. Значит, у мышей, когда они находятся в чреве матери, должно меняться что-то еще, а не просто текст генома. Нечто определяющее всю их жизнь — например, будет ли у них в старости склероз коронарных сосудов сердца.
Исследователи из разных стран уже разгадали причины этого феномена. Ими занимается новая наука, о которой пойдет речь в книге, — эпигенетика. Девять из десяти человек, случайным образом опрошенных на улице, ничего о ней не слышали. Эпигенетика означает «над-генетика» или «около-генетика»,[1] она изучает эпигеномы, которые располагаются «над» геномами наших клеток (некоторые говорят «за», «рядом» или «на»).
Геном — совокупность всех генов, содержащихся в наследственном материале. Геном в свою очередь состоит из кажущейся почти бесконечной последовательности всего лишь четырех разных химических компонентов. Это буквы генетического текста, образующие код, который клетки умеют читать как «монтажную схему» и переводить в многочисленные белки — из них строится живое существо.
Тот факт, что люди так рознятся из-за минимальных отличий некоторых генов, а сестры и братья похожи, поскольку унаследовали от родителей много совпадающих генов, уже стал общеизвестным. Но это только половина правды. Если бы решающую роль играл один лишь генетический текст, мы гораздо больше походили бы друг на друга. Даже шимпанзе мало чем отличались бы от нас.
Еще один феномен нельзя объяснить только генетическим кодом. Почему наш организм способен строить разные типы клеток, хотя в них заключен один и тот же геном? Почему существуют нервные клетки, клетки волоса, печени и многие другие? Неужели клеточные ядра моей мышечной ткани содержат точно такой же наследственный материал, как слизистая оболочка кишечника или, например, щитовидная железа?
Вот тут в игру вступает эпигенетика. Она изучает структуры, которые наделяют индивидуальностью каждую клетку и в совокупности образуют ее эпигеном. Последний отвечает за хранение в клетке не только «монтажных схем» всех возможных белков, но и указания, какие из них должны быть реализованы. Эти указания клетки при делении могут передавать вместе с генетическим текстом своим дочерним клеткам.
Можно сказать, эпигеном определяет назначение клетки. Он сообщает геному, как тот должен использовать свой потенциал. Он решает, какой именно ген и в какой момент активируется, а какой — нет. Он даже программирует скорость старения клетки, ее восприимчивость к внешним раздражителям, склонность к заболеваниям и длительность функционирования.
Инструменты эпигенома — так называемые эпигенетические переключатели. Они целенаправленно присоединяются к определенным участкам генома и определяют, какие именно гены клетка в принципе может использовать, а какие — нет. Таким образом эпигеном создает грамматику, структурирующую текст жизни. Это программное обеспечение, софт, помогающий клеткам правильно использовать свое «железо», то есть генетический код. Ибо если каждая клетка стала бы одновременно считывать все свои гены и синтезировать все белки, «монтажные схемы» которых она хранит, — воцарился бы хаос.
Согласно биологическому определению эпигенетика занимается всей молекулярно-биологической информацией, которую клетки хранят и передают своим дочерним клеткам, но которая не содержится в наследственном материале.
«То есть как? — удивитесь вы теперь. — В школе нам это объясняли совсем по-другому. Клетки передают по наследству только свой геном. И больше ничего». А вот и нет! Несколько лет назад биологи убедились в том, что наши школьные знания надо скорректировать. Клетки при делении наследуют также эпигенетическую программу.
Собственно говоря, существование эпигеномов можно было предположить давно. И многие ученые догадывались о них уже в начале прошлого века. Так что генетики пользуются понятием «эпигенетика» почти 70 лет. Но лишь теперь, когда ученые полностью расшифровали генетический код человека, потратив на это пять десятилетий и огромное количество труда, наука вновь обращается к старым идеям. Например, в центре внимания оказывается следующий вопрос: почему в сердце растут только его собственные клетки, тогда как из одной стволовой клетки может развиться много разных типов этих элементарных единиц организма?
1
Греческая приставка «эпи-» означает «на-», «над-», «сверх», «около», «рядом». (Здесь и далее, если не указано особо, — прим. пер.).