Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть - Билл Салливан

Даже если ДНК сконструировала ваш мозг так, что он сносно регулирует прием пищи, неконтролируемыми могут оказаться другие вещи. Ученые документально зафиксировали множество примеров, когда пациенты набирали или теряли вес из-за опухоли или сотрясения мозга. Кроме того, внезапно начинают переедать некоторые люди с мозговыми имплантатами, подающими электрические импульсы для контроля непроизвольных нарушений движений (например, при болезни Паркинсона). Сходным образом мыши набрасываются на пищу в течение нескольких секунд, если им стимулируют определенные зоны мозга. Такие исследования подчеркивают важную роль мозга в наших пищевых привычках.

Современные исследования по идентификации конкретных областей мозга, контролирующих пищевое поведение, обещают новые методы лечения проблем с весом. В 2018 году нейробиолог Чарльз Цукер из Колумбийского университета смог манипулировать определенными нейронами в мозге мышей так, что у животных пропало и природное стремление к сладкому, и природное отвращение к горькому. Представьте: в один прекрасный день ваш мозг перестроят так, что брокколи станет привлекательнее шоколадного торта!

Как ваши родители повлияли на ваш аппетит

Нет никаких сомнений, что нарушения в некоторых генах могут нарушить контроль аппетита и обмен веществ у некоторых людей. Однако генетические вариации не объясняют стремительный рост уровня ожирения за последние десятилетия. По оценкам, мутации отдельных генов, подобные описанным ранее, отвечают менее чем за 10 % случаев ожирения. Возможно, здесь больше задействованы не мутации ДНК, а эпигенетические механизмы: что-то в нашей окружающей среде может изменять экспрессию генов так, что это способствует тучности. Этому есть свидетельства: менять экспрессию генов так, что это влияет на аппетит, обмен веществ и восприимчивость к болезням, может наша пища.

Одно из самых потрясающих наблюдений, отражающих важность рациона для экспрессии генов, содержится в работе биолога Рэнди Джиртла из Медицинского центра Университета Дьюка. Изучая у мышей ген под названием агути, он с коллегами показал, насколько важно питание матери во время беременности. Вы спросите, что делает этот ген? Придает шерсти мышей светлые оттенки. Что-что? Переход от светлых оттенков к рациону матери и изменениям в аппетите ребенка требует более подробных объяснений.

После столкновения сперматозоида и яйцеклетки появившаяся бригада генов закатывает рукава и начинает конструировать ребенка. Разворачивается сложная цепная реакция, в которой в строгой последовательности включаются и выключаются различные волны генов. С самого первого дня окружающая среда, которую обеспечивает матка матери, начинает программировать геном ребенка на самостоятельное выживание. Природа предполагает, что ребенок будет жить в той же среде, которая окружает его мать во время беременности. Поэтому уровень активности некоторых генов потомства программируется еще до рождения – в попытке подготовить ребенка к жизни вне матки. Это называется пренатальным программированием, или программированием плода.

Теперь представьте мышь. Вероятно, вы вообразили энергичного маленького пушистого грызуна с бурой шерстью. Большинство мышей действительно выглядят так, однако иногда рождаются мыши с желтым окрасом, вырастающие до «большого комка шерсти», напоминая трибблов из «Звездного пути». Такие мыши предрасположены к заболеваниям, включая ожирение, диабет и рак. Разница между обычной и желтой мышью состоит в том, что у желтой не отключился ген агути. Если вы внимательно посмотрите на волосок обычной мыши, то увидите, что его средняя часть желтая. Это означает: ген агути был включен. Коричневые части, окружающие желтую, наоборот, означают, что ген был отключен. У некоторых мышей ген агути вообще никогда не действовал, поэтому их шерсть полностью бурая. У желтых мышей ген агути никогда не отключался, создавая золотистый окрас.

Вспомните наше предыдущее обсуждение гормона сытости – α-меланоцитстимулирующего гормона (α-МСГ). Как и многие другие гормоны, α-МСГ оказывает на организм сразу несколько эффектов: кроме того что дает чувство сытости после еды, он делает волосы темными. Белок гена агути блокирует связывание α-МСГ с его рецепторами в клетках волосяных фолликулов, поэтому волосы остаются светлыми. Однако «блондинкам невесело»: к несчастью для желтоволосых мышей, белок агути также мешает связыванию α-МСГ с рецептором MC4R в клетках мозга, что заставляет мышей переедать, ведь они больше не получают сигнала, что сыты.

Однако вы можете задать вопрос: если ген агути есть у всех этих мышей, почему же некоторые – бурые и тощие, а некоторые – желтые и жирные? Изменения в цвете шерсти и в будущем состоянии здоровья определяются тем, какая именно часть гена агути активна и когда.

Как и следовало ожидать, тучные мыши, как правило, рождают потомство, которое тоже вырастает желтым и нездоровым. Но вот потрясающее открытие: если вы подправите рацион желтой матери во время беременности, она родит бурых, стройных, здоровых мышат! Что за волшебство? Фокус в том, что рацион матери обогащали питательными веществами, которые усиливают метилирование ДНК (фолиевая кислота, бетаин, витамин B12 и холин), а такое химическое изменение отключает гены. Ген агути – один из тех, что можно заглушить с помощью метилирования ДНК, производимого переменами в питании. Когда этот ген заглушили, белок агути, который мог заблокировать рецепторы α-МСГ, вообще не производился, в результате детеныши, родившиеся у желтых толстых матерей, были бурыми и не переедали.

Это замечательное исследование повлекло несколько следствий, касающихся аппетита. Во-первых, ДНК развивающегося плода активно программируется еще до рождения, чтобы подготовиться к среде, в которой живет мать. Такое программирование плода частично основано на сигналах, идущих от рациона матери: они указывают, на что похожа окружающая ее среда. Во-вторых, то, что ест мать во время беременности, может оказать длительный эффект на ее потомство, изменяя метилирование ДНК ребенка. Следует осторожно относиться к пищевым добавкам, если они не входят в список рекомендуемых медиками: мы понятия не имеем, что может сделать большинство таких добавок с ДНК плода. В-третьих, хотя вы наследуете гены отца и матери, это не значит, что гены будут экспрессироваться так же, как у отца и у матери. Желтые матери с геном агути могут быть толстыми, но их потомство не обязано делить такую участь. Конечно, эту концепцию можно и развернуть в обратную сторону: дальнейшее изучение генов и эпигенетического контроля поможет беременной запрограммировать здоровье будущего ребенка.

Прежде чем будущие отцы с комфортом сядут за свиную вырезку и поглотят трехэтажную башню шоколадного десерта, следует вспомнить: их пищевые привычки тоже могут сказаться на будущем ребенке – посредством эпигенетического программирования спермы. Исследование 2010 года, проведенное фармакологом Маргарет Моррис из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии, показало, что от самцов крыс, питавшихся едой с высоким содержанием жиров, рождались крысята-самки с инсулинорезистентностью, что совмещалось с повышением массы и увеличением объема жировой ткани. Более детальное изучение женских особей от отцов с нездоровым рационом выявило аномальную экспрессию свыше 600 генов в клетках так называемых островков Лангерганса в поджелудочной железе – тех участков, что отвечают за выработку инсулина.