Техно

Кто заставляет гены работать

Расшифровав геном человека, ученые задали следующий вопрос: почему одни гены могут «проспать» всю жизнь, а другие неожиданно «включаются»? Найденное ими пояснение удивило самих исследователей

Фото: popmech.ru

Традиционные теории генетического наследования теснят новые знания. Одно из самых загадочных для ученых явлений - так называемая клеточная память, которая на микроуровне фиксирует не только то, в какой среде живет человек, его привычки и образ жизни, но и то, чем питалась ваша мама во время беременности. Если генетика изучает процессы, которые ведут к изменениям в наших генах, в ДНК, то эпигенетика исследует изменения активности генов, при которых структура ДНК остается прежней, но некая "программа" в ответ на внешние стимулы, такие как питание, эмоциональные стрессы, физические нагрузки, отдает приказы генам усилить или, наоборот, ослабить их активность. Что позволяет максимально адаптироваться к окружающей среде. Но это в теории, на практике же негативное влияние извне может запускать процессы, которые ведут к возникновению заболеваний, усиливают склонность к пагубным привычкам, провоцируют комплексы и страхи. Причем такие новые метки на генах могут передаваться по наследству. По словам специалиста в области эпигенетики из Квинслендского института медицинских исследований Эммы Уайтлоу, люди должны помнить, что хромосомы, которые они наследуют от родителей, состоят из ДНК только на 50%, а остальное - это протеины, несущие эпигенетические маркеры. И какими именно будут эти маркеры, зависит от самого человека.

Откуда берутся толстые дети

Опытные психологи зачастую заходят в тупик, не понимая, почему у их пациентов возникают те или иные страхи. Традиционное объяснение - все идет из детства - во многих случаях не работает, а значит, проблема остается нерешенной. Помогли с этим разобраться эпигенетики, доказав наличие так называемой генетической памяти.
Один из самых показательных экспериментов, получивший всемирную известность, провел биолог Брайан Диас из американского Университета Эмори. Он исследовал, как ассоциированный с определенным запахом страх воздействует на мышей и остается в сознании их потомков.

Ученый подвергал самцов грызунов воздействию ацетофенона - химического элемента со специфическим запахом, одновременно животные получали небольшой разряд тока. После нескольких дней мыши приобретали устойчивый страх и замирали, когда чувствовали в воздухе ацетофенон, хотя током их уже не били. Самое интересное, что потомство, полученное от испытуемых, также со страхом реагировало на запах ацетофенона. Это исследование не только наглядно доказало функциональность механизмов эпигенетики, но и стало основой новых психологических и психиатрических методик лечения, когда негативные воспоминания заменяются положительными или нейтральными (при этом используется стимуляция мозга, светотерапия и пр.).

Новое пояснение причин ожирения теперь выглядит так. Если во время внутриутробного развития плод получает недостаточное питание, в нем происходят метаболические перестройки, которые "учат" организм запасаться едой впрок. Если же условия, в которые попадает человек, оказываются более благополучными, чем "решили" сами клетки, это может привести к ожирению и диабету II типа на поздних этапах жизни

Наличием специальных маркеров, которые передаются по наследству, некоторые ученые теперь объясняют и пристрастие к нездоровому питанию.
Немало интересных экспериментов провели в этой сфере исследователи из Стэндфордского университета. В частности, возглавивший их профессор Томас Рэндо рассказывает, что крысы-самцы, которых кормили богатой жирами пищей, дали потомство с явной предрасположенностью к быстрому набору избыточного веса, который сохранялся у нескольких поколений. Питер Глюкман и Марк Хансон из Оклендского университета в Новой Зеландии выдвинули "гипотезу несоответствия". Ее суть состоит в том, что в развивающемся организме может происходить адаптация к условиям обитания, ожидающимся после рождения. Если прогноз подтверждается, это увеличивает шансы организма на выживание, а если нет, адаптация становится болезнью. К примеру, если во время внутриутробного развития плод получает недостаточное питание, в нем происходят метаболические перестройки, которые "учат" организм запасаться едой впрок. Если после рождения еды действительно мало, это помогает организму выжить. Если же мир, в который попадает человек, оказывается более благополучным, чем прогнозировалось, это может привести к ожирению и диабету II типа на поздних этапах жизни. Результаты исследований уже используются ведущими мировыми клиниками, специалисты которых составляют для беременных женщин специальный рацион.

Как выключить болезнь

Применяющиеся сегодня противораковые лекарственные средства - это высокотоксичные химические вещества, которые убивают как раковые клетки, так и здоровые. Процедура подбора препарата и адекватной дозы очень сложная и рискованная, к тому же она отнимает драгоценное время. Все может измениться с появлением препаратов, которые оказывают действие на эпигенетическом уровне. На их основе можно будет разработать новые способы борьбы с раком, которые не дают тяжелых побочных эффектов.

На сегодняшний день появление рака объясняют двумя основными причинами: мутации, из-за которых клетки перестают выполнять защитную функцию, либо потеря этой защиты при делении клеток. Но в последнее время была озвучена и третья причина: здоровые клетки с отличной защитой получают эпигенетический сигнал не выполнять свою работу. Доказали эту версию специалисты научно-исследовательского центра питания министерства сельского хозяйства США. По словам возглавившего исследование доктора Ланлана Шеена, внимание было сосредоточено на гене p16, который предотвращает рак. Постепенное увеличение метилирования (модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК) р16 у мышей привело к учащению спонтанных раковых заболеваний, а также снижению выживаемости. Шеен говорит, что изучение процесса метилирования, т. е. появления на генах неких меток, откроет новую эру не только в терапии рака, но и различных нервных расстройств, ожирения и диабета.

Фото: fresher.ru

Как отмечает профессор химии и биохимии Олаф Вист из Университета Нотр-Дама, эпигенетическая "вселенная" состоит из трех классов белков: пишущих, стирающих и читающих, а вместе они составляют "руководство по эксплуатации", в котором гену сообщается, когда активировать, а когда прекратить активацию. Пишущие белки создают инструкцию, стирающие удаляют. Читающие контролируют группу и запуск команд начала и остановки для генов, использующих инструкции. Если понять все эти процессы, можно научиться ими эффективно управлять. Применение подходов, направленных на корректировку специальных меток на генах, открывает большие перспективы в лечении многих заболеваний.

На сегодняшнем этапе стремительно совершенствующийся комплекс молекулярных инструментов предоставляет ученым возможность совершать беспрецедентные манипуляции. До недавнего времени возможности исследователей были ограничены использованием препаратов, блокирующих эпигенетические изменения по всему геному. Новые технологии позволяют добавлять или удалять даже единичные эпигенетические метки. Например, ученые из Университета Алабамы с помощью эпигенетических терапевтических подходов предложили лечить посттравматический синдром, депрессию, шизофрению, а также нарушения познавательных функций. Скажем, в случае посттравматического синдрома внесение изменений в эпигенетические маркеры способно ускорять угасание условного и ситуативного страха. Специалисты также пришли к выводу, что эпигенетические технологии можно использовать для "выключения" мутантных генов, продуцирующих аномальные белки, и, наоборот, для активации "молчащих" генов в целях излечения заболеваний.
Ученые также заинтересованы в поисках методов лечения зависимостей. Они считают, что возникающие в результате воздействия наркотиков эпигенетические изменения могут сохраняться в геноме человека в течение продолжительного времени. Это объясняет тот факт, что излечившийся от зависимости и не употреблявший наркотиков в течение нескольких лет человек может внезапно вернуться к пагубной привычке под действием, например, зрительного образа. Возможность манипулировать такими изменениями станет действительно мощным терапевтическим подходом к лечению зависимостей.

Опубликовано в ежемесячнике "Власть денег" за апрель 2015 г. (№4/429)