Шарон Моалем - А что, если они нам не враги? Как болезни спасают людей от вымирания

Мыши в экспериментальной группе также спаривались, только будущим мамам из этой группы был обеспечен более качественный предродовой уход – помимо обычного рациона им также давали витамины в виде пищевых добавок. На самом деле им давали смесь различных веществ, аналогичную тем добавкам, что принимают современные беременные женщины, – витамин В 12, фолиевая кислота, бетаин и холин.

Полученный результат взбудоражил научное сообщество. У толстых желтых мышей появилось потомство худых коричневых мышат. Казалось, это перечеркнуло все, что знали ученые о наследственности. Исследование генома коричневых мышек только еще больше запутало ученых. Оказалось, что их гены полностью идентичны генам родителей. Ген agouti находился ровно там, где ему положено было быть, готовый запустить процесс выполнения инструкций, в соответствии с которыми мыши должны были стать желтыми и толстыми. Так что же произошло?

По сути, один или несколько компонентов тех пищевых добавок, которые давали беременным мышам, добирался до эмбрионов и выключал ген agouti . Когда рождались мышата, их геном по-прежнему содержал ген agouti , но его экспрессия была подавлена – молекулы присоединялись к гену и подавляли выполнение заложенных в нем инструкций.

Процесс подавления экспрессии генов называется метилированием ДНК. Метилирование имеет место быть, когда группа атомов под названием «метильная группа» присоединяется к гену, меняя его экспрессию, не меняя при этом ДНК как таковую.

В состав витаминных пищевых добавок входят так называемые доноры метильных групп – молекулы, образующие метильные группы, которые затем выключают те или иные гены.

Худоба и коричневый окрас были не единственными преимуществами, которые получили мыши благодаря метилированию. Мышиный ген agouti связан с повышенным риском диабета и рака. У мышей с выключенным геном agouti рак и диабет развивались гораздо реже, чем у их родителей.

Разумеется, мы уже давно понимали, что правильное питание будущей матери играет важную роль в здоровье ребенка. Более того, мы понимали, что эта связь не ограничивается очевидным: потребностью в питательных веществах, здоровым весом при рождении и т. д. Мы знали, что правильное питание во время беременности способствует снижению вероятности развития у ребенка определенных заболеваний в течение жизни. Вместе с тем, вплоть до проведения вышеупомянутого исследования механизм, отвечающий за эту взаимосвязь, оставался неведомым. Как сказал Рэнди Джиртл, один из руководителей этого исследования: «Уже давно ни для кого не секрет, что питание матери глубочайшим образом отражается на склонности ее потомства к болезням, но сама причинно-следственная связь по-прежнему оставалась для нас загадкой. Впервые в истории нам удалось продемонстрировать, как именно пищевые добавки, даваемые матери, способны навсегда изменить экспрессию генов ее потомства, оставляя сами гены при этом без изменения» [131].

Проведенное в Университете Дьюка исследование оказало колоссальный эффект на научное сообщество, и с момента его публикации наука эпигенетика зашагала семимильными шагами. Несложно понять причину подобного интереса.

Во-первых, эпигенетика заставила отказаться от убеждения в том, что генетический код написан несмываемыми чернилами. Ученым внезапно пришлось принять во внимание тот факт, что гены не являются носителями незыблемых инструкций. Один и тот же набор генов может привести к различному результату в зависимости от того, какие из этих генов оказались подвержены процессу метилирования, а какие – нет. Оказалось, что необходимо учитывать совершенно новые для ученых реакции, происходящие на уровень выше генетического кода и меняющие конечный результат, оставляя сам код неизменным (так, собственно, и произошло название «эпигенетика» – от греческой приставки ἐπι, означающей нахождение над чем-то, добавление к чему-то). Данное открытие не должно было стать совсем уж абсолютным сюрпризом – вот уже пятьдесят лет некоторые ученые указывали на примеры того, как одни и те же гены не всегда приводят к одному и тому же результату: у однояйцевых близнецов (с полностью идентичной ДНК), к примеру, в течение жизни развиваются разные болезни, да и отпечатки пальцев у них не идентичные – похожие, но не более того.

Во-вторых, проведенное в Университете Дьюка исследование заставило вспомнить о давно позабытом Ламарке. Было продемонстрировано, что факторы окружающей среды, воздействующие на мать, влияют на процесс наследования генетических признаков ее потомством. Эти факторы не приводили к изменению ДНК, наследуемой мышиным потомством, однако за счет изменения экспрессии этой ДНК они меняли характер наследования признаков.

После этих первых экспериментов с мышами другие ученые из Университета Дьюка продемонстрировали возможность стимулировать развитие умственных способностей мышей за счет банального добавления щепотки холина в рацион питания беременной мыши. Холин активизировал метильную группу, которая выключала ген, обычно ограничивающий процесс деления клеток в центре памяти головного мозга. За счет избавления от этого ограничения у этих мышей начали в ускоренном темпе развиваться клетки, отвечающие за работу памяти, которые, как и следовало ожидать, наделили их «сверхмышиной» памятью. Нейроны этих мышей работали гораздо быстрее, и, достигнув зрелого возраста, мыши побили все известные рекорды по преодолению лабиринтов.

Ученые, занимающиеся изучением различных животных – от млекопитающих и рептилий до насекомых, – давно заметили способность некоторых организмов производить потомство, которое словно специально было заточено под те условия, в которых пребывала во время беременности мать. Они заметили эту способность, но вот объяснить ее никак не могли. Когда же стала очевидной возможность эпигенетического влияния на наследственность, все начало вставать на свои места.

Полевка – это маленький мохнатый грызун, внешне похожий на упитанную мышку. В зависимости от того, в какое время года должны произойти роды у полевки, ее потомство рождается либо с густой, либо с более редкой шерсткой [132]. Ген, отвечающий за густую шерсть, никуда не девается – он просто включается и выключается, в зависимости от того, какое количество света мать наблюдает вокруг в период зачатия. Геном плода, по сути, получает прогноз на момент его рождения и в зависимости от него определяет, нужна ли потомству теплая шкура или нет.

Водяные блохи дафнии (которые на самом деле вовсе не блохи, а ракообразные) производят на свет потомство с более массивными головными щитами и шипами, когда тому предстоит оказаться в среде, заполненной хищниками [133].