Техно

Ведущий специалист Университета Женевы Ариан Джакобино о том, почему генетика оказалась не права

«ВД» выясняла, как окружающий мир меняет человека изнутри

Фото: ar25.org

Одна из самых знаменитых лабораторий мира, где проводится множество исследований в области эпигенетики, - Женевский университет. Недавно журнал Translational Psychiatry опубликовал результаты его нового исследования о прямой связи между насилием, физическими и психическими травмами и мутациями на генном уровне. А журнал Science - о влиянии эпигенетических процессов на мужское бесплодие. Ведущий автор этих исследований - профессор Ариан Джакобино. С ней "ВД" беседовала о том, как окружающий мир меняет человека изнутри.

"ВД" В научном мире к эпигенетике многие относятся скептически.

А.Д. Это молодая наука, и многие процессы в рамках эпигенетики либо расходятся с общепризнанными теориями, либо вообще разумному объяснению не поддаются. Самый известный пример в этой связи - мыши-полевки, которые перед зимними холодами рождаются с более длинной и густой шерстью, нежели весной, хотя внутриутробное развитие весенних и осенних грызунов проходит в одинаковых условиях. Исследования показали, что сигналом, запускающим эпигенетические изменения (увеличение длины шерсти), является изменение уровня концентрации мелатонина в крови: весной он постепенно снижается, а осенью повышается. Получается, что адаптивные изменения происходят еще до наступления холодов. Но как именно проистекает такой эпигенетический процесс, непонятно. Со стороны это выглядит так, будто у клеток организма есть сознание, контролирующее механизмы адаптации.

"ВД" Так в чем же эпигенетика не сходится с традиционной генетикой?

А.Д. Классическая генетическая модель говорит, что человек получает гены от матери и отца, а они их наследуют от своих родителей. Эти гены остаются практически идентичными из поколения в поколение, за исключением случайных мутаций. Эпигенетическое же наследование предполагает, что опыт человека приводит к направленным молекулярным изменениям на вершине генов. И эти молекулярные изменения могут, в свою очередь, передаться дальше, повлиять на детей и внуков. Как сказал английский биолог, лауреат Нобелевской премии Питер Медавар, генетика предполагает, а эпигенетика располагает. Эпигенетика стала связующим звеном между окружающим миром и генами, которое так долго искали ученые. Она наконец расставила все точки над "i" в более чем столетней дискуссии о социогенетизме и биогенетизме. Вопрос о том, все ли свойства мы наследуем или можем приобретать под влиянием воспитания, культуры и взаимодействия с внешней средой, больше не стоит.

"ВД" Кстати, получается, что и загрязнение окружающей среды отражается на генетическом уровне?

А.Д. На экспрессию генов (процесс, в ходе которого наследственная информация от гена, последовательности нуклеотидов ДНК, преобразуется в функциональный продукт - РНК или белок) оказывают влияние разнообразные химические соединения, такие как пестициды, побочные продукты сжигания мусора, в первую очередь диоксин. Настоящий бич современного мира - бисфенол А, который есть в любых пластиковых изделиях. Причем с годами люди становятся менее адаптивными к условиям окружающей среды. Это значит, что с каждым поколением человечество все более уязвимо.

Сегодня почти невозможно найти человека, чей организм не содержал бисфенол А: он есть в крови, в грудном молоке и пуповинной крови беременных. Любой пищевой контакт с жестяными банками и пластиком, даже с питьевой водой в бутылках, добавляет в организм порцию бисфенола. При этом уже установлена способность этого химиката тормозить созревание яйцеклетки и тем самым провоцировать бесплодие, способность стирать различия между полами и стимулировать рождение потомства с гомосексуальными наклонностями. Более того, даже малые дозы бисфенола А вызывают стойкие нарушения в головном мозге, что, возможно, стирает различия в поведении представителей разных полов.

"ВД" А как влияют на человека пестициды?

А.Д. Мы изучали воздействие пестицидов на формирование плода во время беременности, а также то, как это впоследствии отражается на взрослом организме. Наше новейшее исследование показало, что у беременных самок животных, которым добавляли в корм столь любимые фермерами всего мира пестициды, рождалось потомство мужского пола с резко сниженным количеством сперматозоидов либо вообще бесплодное. Патологические эффекты пестицидов проявлялись на протяжении четырех поколений. Такой же эффект химикаты производят и на людей.

"ВД" Одно из ваших последних исследований говорит о том, что и детские обиды отпечатываются на генах?

А.Д. Действительно, полученные в детстве обиды не только надолго остаются в памяти и подсознании взрослого человека, но и могут оказать серьезное воздействие на его гены и фенотип клеток. В данном случае мы наблюдали за трансформациями гена NR3C1, который играет важную роль в физиологической реакции организма на стресс (воздействует на гипоталамическую, гипофизарную и надпочечную функции). Мутации этого гена могут привести к развитию различных психопатологий, таких как изменение личности, известное под названием "пограничное состояние". В исследовании участвовали 200 пациентов, которые либо уже находились в состоянии депрессии, либо приближались к "пограничному состоянию" между неврозом и психозом. У тех из них, кто стал в детстве жертвой насилия, метилирование (модификация молекулы ДНК) генов было более ярко выражено. Результаты исследования позволили впервые установить связь между плохим обращением в детстве, метилированием гена, дисфункцией психики и, как следствие, появлением психического расстройства.

Вопреки утверждениям биофаталистов, наша жизнь
не полностью предопределяется наследственностью. Изменение стиля жизни становится началом биохимических трансформаций, которые в корне меняют и человека, и его потомков

"ВД" Но если эпигенетика говорит о том, что воспитание и образ жизни отражаются на генетическом уровне, то может ли тогда сам человек откорректировать переданные по наследству негативные эпигенетические мутации?

А.Д. Чем больше исследований проводится в этой области, тем очевиднее, что судьба формируется большей частью поведением самого человека. Это подтверждает и тот факт, что с течением жизни у близнецов появляются ярко выраженные внешние отличия. Братья и сестры-близнецы, изначально внешне похожие и имеющие идентичный генетический код, имеют разный эпигенетический профиль, который формируется под воздействием индивидуально прожитой жизни. С возрастом метилирование ДНК усиливается, чем и объясняются различные черты лица, разная комплекция, которые можно наблюдать у взрослых близнецов. Причем замечено, что эти различия тем больше, чем большим является расстояние между местами их проживания, то есть чем больше отличаются условия их жизни.

"ВД" Получается, поменяв привычки, мы меняем нашу судьбу?

А.Д. Вы можете изменить все: свою конституцию, обмен веществ, свою личность. В отличие от относительно стабильной генетической информации, эпигенетические "метки" при определенных условиях могут быть обратимыми. Вопреки утверждениям биофаталистов, наша жизнь не полностью предопределяется наследственностью. Да, существуют биологическая судьба, генетическая программа, управляющая телом и психикой, однако в значительной степени все это в наших руках. Изменение стиля жизни становится началом биохимических трансформаций, которые в корне меняют и человека, и его потомков.

"ВД" Ну а для ленивых, можно ли улучшить себя, обратившись к врачам?

А.Д. У этой сферы очень большие перспективы, но она только начинает развиваться. Обычно стратегии редактирования эпигенома подразумевают использование систем CRISPR или TALE. Обе они состоят из компонентов бактериальных клеток и могут быть запрограммированы на доставку модифицирующего эпигеном фермента к определенным генам. Для инактивации гена-мишени используется такой фермент, как ДНК-метилтрансфераза. С другой стороны, активировать ген-мишень можно путем доставки к нему гистоновой ацетилтрансферазы. Активно развивается оптоэпигенетика, с помощью которой можно вносить эпигенетические изменения. Для этого используется активируемый светом белок криптохром-2 (Cry2). Под действием света его молекула меняет форму и связывается с вспомогательным белком CIB1, доставляя с помощью системы TALE фермент к гену-мишени. Такая процедура занимает не более 30 минут.

Фото: ask.com

Новые высокоточные методики позволяют добавлять и удалять эпигенетические метки на определенных генах-мишенях. Но все эти средства пока не применяются на людях - они еще проходят лабораторные испытания.

"ВД" Можно ли будет в будущем, убрав негативные генетические "метки", остановить старение и увеличить продолжительность жизни?

А.Д. Я уверена, что тайна долгожителей кроется именно в эпигеномах их клеток. Молекулярно-биологические переключатели влияют на так называемую программу продления жизни, которая есть практических у всех организмов, от дрожжей до человека. Эти программы, если они включены, позволяют некоторым из нас сохранить здоровье и бодрость до глубокой старости. Сейчас эта тема активно изучается. По поводу продления жизни есть показательный пример: рабочая пчела живет шесть недель, тогда как пчеломатка - шесть лет. При полной генетической идентичности они различаются только тем, что будущую пчеломатку во время развития кормят маточным молочком на несколько дней больше, чем обычную рабочую пчелу. В результате у них формируются разные эпигенотипы и получается такая колоссальная разница в продолжительности жизни. Исследуется также эпигенетическая природа заболеваний (например, рака, диабета и пр.) и осуществляется поиск новых методик их предупреждения и лечения. Если удастся изучить молекулярные эпигенетические механизмы возрастных заболеваний, можно будет успешно противодействовать их развитию.

"ВД" Какие перспективы для человечества открывает эпигенетика?

А.Д. Время господства генетики закончилось. Мы находимся в преддверии формирования нового биологического мышления, в процессе перехода к постгеномному обществу. Все геномы клеток одинаковы, изучив один из них, можно понять все. Но у каждого человека есть тысячи разных эпигеномов. Когда все их разнообразие будет изучено, откроются невиданные перспективы для новых исследований и методов лечения самых разных заболеваний, начиная от психических расстройств и заканчивая ВИЧ с онкологией. В конце концов, эпигенетика сможет осуществить то, что не удалось сделать генетике, - завершить биомедицинскую революцию XXI века. Профилактическая медицина, онкология, педагогика, психология, психиатрия, геронтология, эволюционная биология - все эти отрасли подвергаются мощнейшему влиянию законов эпигенетики, и их развитие напрямую зависит от открытий в этой сфере.

Досье

Ариан Джакобино

Ведущий генетик Женевского университета

Руководитель исследовательской группы в Швейцарском центре прикладной токсикологии человека (SCAHT)

Закончила Женевский университет

Доцент Медицинского центра университета Питтсбурга (Пенсильвания, США), факультет молекулярной генетики, с 2003 по 2006 год

Проводит медицинские консультации для пациентов с генетическими нарушениями, а параллельно - исследования в области эпигенетики, призванные определить влияние окружающей среды на экспрессию генов и заболевания человека.
Член американского, европейского и швейцарского общества по генетик человека.

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