Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности - Несса Кэри

Если рассматривать все имеющиеся данные в совокупности — от людей до грызунов и от голода до изобилия, — то начинает проявляться весьма тревожная тенденция. Может быть, старая поговорка «мы то, что мы едим» не так уж далека от истины. Может быть, мы сами — то, что ели наши родители и что еще раньше ели их родители.

Это, казалось бы, заставляет нас задуматься, есть ли вообще смысл следовать советам о необходимости вести здоровый образ жизни. Если все мы являемся жертвами эпигенетического детерминизма, то это значит, что кости нашей судьбы уже брошены на стол жизни, и мы находимся в полной зависимости от схем метилирования наших предков. Однако это слишком упрощенная модель. Многочисленные данные свидетельствуют, что рекомендации придерживаться здорового образа жизни — употреблять здоровую пищу с большой долей фруктов и овощей, поменьше валяться на диване, не курить, — которые не устают давать нам правительственные и благотворительные организации, абсолютно справедливы и обоснованы. Мы представляем собой сложные организмы, и наши ожидания, связанные с собственным здоровьем и самой жизнью, непосредственно связаны с нашим геномом, эпигеномом и окружающей средой. Но вспомните, что даже в случае с инбредными мышами агути, содержавшимися в стандартизированных условиях, исследователи не могли заранее точно предсказать, насколько желтым или толстым родится каждый мышонок в новом помете. Что мешает нам делать все возможное, чтобы повысить свои шансы на здоровую и долгую жизнь? А если мы планируем иметь детей, то разве не готовы мы сделать все от нас зависящее, чтобы они были хоть чуточку здоровее?

Конечно, в нашей жизни всегда будут присутствовать явления, которые мы не можем контролировать. Одним из наиболее изученных примеров экологических факторов, имеющих эпигенетические последствия, способные сохраняться, по меньшей мере, на протяжении четырех поколений, является токсин под названием винклозолин. Это фунгицид, особенно часто используемый в виноделии. Если он попадает в организм млекопитающего, то превращается в соединение, которое связывается с андрогенным рецептором. А этот рецептор связывается с тестостероном, мужским гормоном, необходимым для полового развития, производства сперматозоидов и осуществления множества других, не менее важных для мужчин функций. Когда винклозолин связывается с андрогенным рецептором, он препятствует тестостерону в передаче его обычных сигналов клетке и тем самым блокирует присущие этому гормону функции.

Если винклозолин давали беременным крысам в период, когда у эмбрионов формировались половые железы, то мужская часть потомства рождалась с тестикулярными дефектами и отличалась пониженной плодовитостью. Такие же отклонения наблюдались и у трех последующих поколений[51]. Эти признаки демонстрировали около 90 процентов самцов крыс, а эта цифра слишком велика, чтобы быть вызванной классической мутацией ДНК. Самые высокие из известных уровней мутации, зафиксированные в наиболее чувствительных участках генома, уступают ей более чем в десять раз. В этих экспериментах лишь одно поколение крыс было подвергнуто воздействию винклозолина, а последствия этого наблюдались, по меньшей мере, у четырех следующих поколений, так что это можно считать еще одним примером подтверждения теории о наследственности Ламарка. А учитывая, что передача этой схемы осуществлялась самцами, то ее, вероятно, можно назвать примером механизма эпигенетической наследственности. В последующих публикациях той же исследовательской группы были указаны конкретные участки генома, на которых воздействие винклозолина привело к необычным схемам метилирования ДНК[52].

В описанных выше исследованиях крысы получали винклозолин в очень высоких дозах, намного превышающих те, с которыми человек может случайно столкнуться в окружающей среде. И тем не менее, полученные в этих экспериментах результаты стали одной из причин, по которым в некоторых странах органы власти уже начинают пристально изучать вопрос, способны ли искусственные гормоны и вредные для гормонов вещества в окружающей среде (от химических соединений, присутствующих в противозачаточных средствах, и до некоторых пестицидов) оказывать едва заметные, но потенциально губительные трансгенерационные воздействия на человека.

Иногда самые выдающиеся научные открытия рождаются из простейших вопросов. Вопрос может казаться настолько банальным, что почти никому и никогда не приходит в голову задавать его, не говоря уже о том, чтобы искать на него ответ. Для нас как-то не представляют интереса вещи, которые мы привыкли считать вполне естественными. Но если вдруг кто-нибудь решит спросить: «Как это происходит?», мы сразу понимаем, что явление, всегда казавшееся нам слишком обыденным и понятным, в действительности представляет собой настоящую загадку. Все сказанное справедливо и для одного из самых фундаментальных аспектов биологии человека, того, о природе которого мы никогда не задумываемся.

Почему при воспроизведении млекопитающих (включая человека) всегда требуется мужская и женская особь?

При размножении половым путем маленькие, но энергичные сперматозоиды мчатся наперегонки, стремясь как можно быстрее добраться до крупной и относительно неподвижной яйцеклетки. Когда победитель этого спринтерского забега проникает в яйцеклетку, ядра обеих клеток сливаются и создают зиготу, при делении которой образуется каждая клетка организма. Сперматозоиды и яйцеклетки называются половыми клетками или гаметами. Когда в организме млекопитающих образуются гаметы, каждая из них получает только половину нормального количества хромосом. Это означает, что в гаметах по двадцать три хромосомы, по одной из пары. Такой набор называется гаплоидным геномом. Когда два ядра после проникновения сперматозоида в яйцеклетку сливаются, количество хромосом в клетке восстанавливается до нормального, присутствующего во всех обычных клетках (сорок шесть), и этот геном называется диплоидным. Очень важно, чтобы и яйцеклетка, и сперматозоид были гаплоидными, так как в противном случае у каждого следующего поколения было бы вдвое больше хромосом, чем у предшествующего.

Мы могли бы предположить, что причина, по которой у каждого млекопитающего обязательно должны быть мать и отец, заключается в том, что только при этом условии можно объединить два гаплоидных генома, чтобы создать новую клетку с полным набором хромосом. Разумеется, что именно так все и происходит, но эта модель также подразумевает, что единственная причина того, что каждому из нас требуются двое разнополых родителей, состоит в процессе родов.

Внук Конрада Уоддингтона

В 2010 году профессор Роберт Эдвардс получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине за выдающиеся разработки в области искусственного оплодотворения, которые привели к появлению так называемых детей из пробирки. В ходе этого процесса яйцеклетка извлекается из организма женщины, оплодотворяется в лабораторных условиях, а затем вновь имплантируется в матку. Искусственное оплодотворение — необычайно сложная задача, и успехи профессора Эдвардса в сфере репродуцирования человека целиком и полностью основываются на многих и многих годах кропотливых экспериментов, проводившихся над мышами.