Карл Циммер - Она смеется, как мать [Могущество и причуды наследственности] [litres]

Нечто похожее могло произойти и у пелории. Теперь, когда Мартиенсену удалось обнаружить последний в мире источник этих растений, он сможет проверить, правильна ли его догадка. Он планирует извлечь молекулы РНК из этих удивительных цветков. «Я надеюсь, – говорит он, – что у нас получится, наконец, разобраться с этим монстром и закрыть тему».

У животных в силу их биологических особенностей меньше возможностей для эпигенетического наследования, чем у растений. Тем не менее и для них эта возможность не закрыта полностью. Некоторые ученые продолжают в нее верить.

Мы понимаем эпигенетику в той мере, в которой можем за ней наблюдать. Когда ученые только начали отслеживать метилирование, покрывавшее ДНК, им с трудом удавалось вообще обнаруживать эти метки. В 1990-х гг. Энрико Коэн мог вырезать отдельный ген и проверять его на наличие метильных групп. Затем исследователи разработали инструменты для оценки метилирования на всей ДНК в клетке. Однако для этого им требовалось извлечь ДНК из примерно миллиона клеток. Если они были разных типов, с разными схемами метилирования, то ученые имели возможность получить лишь очень размытые эпигенетические представления. К 2010-м гг. исследователи научились помещать клетки на своеобразную микроскопическую конвейерную ленту, где можно было проверять всё метилирование в каждой клетке по очереди.

При более подробном изучении эпигенетики многие прежние предположения оказались неверны. Вот пример. В 2015 г. биолог Азим Сурани из английского Института Уэлкома провел одно из первых эпигенетических исследований на эмбриональных клетках человека [966] Tang et al. 2015. . В частности, он с коллегами изучал клетки, находящиеся на пути к превращению в сперматозоид или яйцеклетку. Ученые наблюдали, как первичные половые клетки избавляются от большей части своих метильных меток перед тем, как прикрепить новые группы. Однако несколько метильных групп упрямо оставались на своих местах ДНК.

Во многих клетках были одни и те же участки ДНК, которые непоколебимо сохраняли свою прежнюю эпигенетическую структуру. Они содержали вирусоподобные фрагменты ДНК, которые называются «ретротранспозоны». Эти фрагменты добиваются от клетки, чтобы та их скопировала, а затем новая копия вставляется в другое место на ДНК. Метилирование помогает обуздать таких генетических паразитов.

Ретротранспозоны, как правило, находятся рядом с белок-кодирующими генами, поэтому вероятно, что активность этих генов также приостанавливается. Сурани с коллегами обнаружил, что некоторые гены, расположенные рядом со стабильно метилированными участками, связаны с различными заболеваниями – от ожирения до множественного склероза и шизофрении. На основе своих экспериментов ученые пришли к выводу, что именно такие гены являются перспективными кандидатурами для эпигенетического наследования.

Возможно, но опять же не подтверждено, что в эпигенетической передаче между поколениями участвуют другие молекулы. Например, при оплодотворении сперматозоид доставляет в яйцеклетку не только хромосомы, но и РНК. Некоторые из этих молекул РНК могут управлять начальными стадиями развития эмбриона. Биолог Трейси Бэйл из Пенсильванского университета провела эксперименты, чтобы понять, может ли жизненный опыт отца повлиять на его потомков через молекулы РНК в сперматозоиде [967] Rodgers et al. 2015. .

В частности, Бэйл с коллегами исследовала влияние стресса, перенесенного самцами мышей в раннем возрасте [968] Gapp et al. 2014a. . Специалисты выяснили, что после того, как эти мыши вырастали, в их сперматозоидах обнаруживалась необычная смесь молекул РНК. Ученые заинтересовались, какой эффект могут оказать эти РНК на потомство. Они ввели найденную смесь РНК в сперматозоиды мышей, которые не подвергались в своей жизни такому стрессу, а затем этими сперматозоидами оплодотворили яйцеклетку. Мышата, развившиеся из таких клеток, плохо справлялись со стрессом. Исследования Бэйл позволяют предположить, что РНК в сперматозоиде отца, подвергнутого стрессу, может выключать определенные гены в клетках его потомков. И через такое подавление работы генов отцы способны навсегда изменить поведение своих потомков.

Некоторые другие ученые также нашли многообещающие признаки влияния РНК на наследственность у животных. Биолог Энтони Хосе из Мэрилендского университета проследил РНК, которые образуются в организме крошечного червя Caenorhabditis elegans [969] См.: Devanapally, Ravikumar, and Jose 2015; Marré, Traver, and Jose 2016. . Эти молекулы синтезируются в нервной системе, а затем могут распространиться по всему организму и оказаться в итоге внутри сперматозоидов, выключая там гены. Другие исследователи показали, что молекулы РНК способны выключать те же самые гены у червей в следующем поколении, а также и в нескольких последующих. Похоже, что эти молекулы РНК поддерживают сами себя в череде поколений, заставляя молодых червей синтезировать новые копии [970] Rechavi and Lev 2017. .

Конечно, мы не черви, но в ряде экспериментов было показано, что человеческие клетки постоянно отправляют друг другу молекулы РНК. Очень часто они упакованы в маленькие пузырьки, которые называются «экзосомы» [971] См.: Bohacek and Mansuy 2015; Eaton et al. 2015; Smythies, Edelstein, and Ramachandran 2014. . Ученые открывают все больше типов клеток, выделяющих их и поглощающих. У некоторых видов экзосомы используются клетками эмбриона, чтобы обмениваться сигналами для синхронизации процесса развития разных частей тела [972] McGough and Vincent 2016. . После того как происходит инфаркт миокарда, клетки сердца выделяют экзосомы, чтобы запустить починку этого органа [973] Sahoo and Losordo 2014. . Раковые клетки выделяют экзосомы необычайно активно, возможно, чтобы манипулировать окружающими здоровыми клетками, превращая их в своих слуг. Итальянский биолог Кристина Коссетти наблюдала, что экзосомы, выделяемые раковыми клетками самцов мышей, могут доставлять РНК в сперматозоиды [974] Cossetti et al. 2014. .

Эти работы не дают окончательных ответов, но они побуждают ученых призадуматься и отправиться перечитывать «Изменение животных и растений в домашнем состоянии». Геммулы Дарвина, конечно же, не собирают гены со всего организма. Но возможно – только возможно! – что экзосомы представляют собой современное воплощение геммул, переносящих молекулы РНК, и это позволяет жизненному опыту, полученному одним поколением, влиять на следующее.

Однако, даже если существует связь между соматическими клетками, клетками зародышевой линии и будущими поколениями, этого недостаточно для воскрешения идей Ламарка. В XIX в. его теория казалась столь привлекательной потому, что приобретенные признаки были, согласно ей, адаптивны . То есть они помогали животным и растениям выживать, а видам – приспосабливаться к окружающей их среде. Знаменитый француз был убежден, что его версия эволюции может объяснить, почему виды так хорошо соответствуют условиям, в которых они живут. В мире Ламарка жирафы тянули шеи вверх, и в итоге та оказалась той длины, которая была необходима для добывания пищи.