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

Медоносные пчелы не являются единственным видом насекомых, которые сформировали сложные сообщества с различными физическими формами и функциями генетически идентичных особей. Эта же модель независимо повторяется неоднократно, включая в себя различные виды ос, термитов, пчел и муравьев. Мы пока не знаем, одинаковые ли эпигенетические процессы используют все эти виды. Шелли Бергер из университета Пенсильвании, с чьей работой, посвященной исследованию проблем старения, мы познакомились в главе 13, принимает участие в крупном проекте, направленном на изучение генетических и эпигенетических особенностей муравьев. Проведенные в рамках этой работы эксперименты уже продемонстрировали, что, по крайней мере, два вида муравьев также метилируют ДНК в своем геноме. У представителей различных социальных групп в колониях насекомых экспрессия различных эпигенетических ферментов варьируется [272]. Эти данные дают основание предположить, что механизм эпигенетического контроля членов колонии общественных насекомых в ходе эволюции подвергался изменениях ни один раз.

На настоящий момент, однако, наибольший интерес в мире вне пределов эпигенетических лабораторий сосредоточен на маточном молочке, так как его применение в качестве оздоровительного средства уже имеет довольно длинную историю. Впрочем, стоит заметить, что существует очень мало надежных свидетельств его какой-либо существенной пользы для человека. 10ГДК, которая, как установил Марк Бедфорд с коллегами, является ингибитором гистондеацетилазы, может влиять на рост клеток кровеносных сосудов[273]. Теоретически, это могло бы оказаться полезным при лечении рака, так как новообразованиям для продолжения роста требуется активное снабжение кровью. Однако пока мы очень далеки от уверенности, что маточное молочко действительно способно препятствовать развитию рака или каким-либо иным способом поддерживать здоровье человека. Наверняка нам известно лишь то, что с эпигенетической точки зрения пчелы и люди не одинаковы. И это, пожалуй, к лучшему, если только вы не принадлежите к ярым сторонникам монархии…

В англоязычных странах большой популярностью пользуется викторина «Животное, растение или минерал». В самом названии этой игры заложено допущение, что растения и животные принципиально отличаются друг от друга. Действительно, и те, и другие представляют собой живые организмы, но на этом их сходство, по-видимому, и заканчивается. Мы могли бы взять на вооружение предположение, что когда-то давным-давно, на заре эволюции люди и микроскопические черви имели некоего общего предка. Но насколько часто мы задумываемся о том, имеем ли мы что-то общее с растениями? Почему нам никогда не приходит в голову считать гвоздики своими дальними родственницами?

Тем не менее, животные и растения во многом удивительно похожи. И это сходство проявляется наиболее ярко, когда мы рассматриваем самые сложные из наших «зеленых родственников» — цветковые растения. К ним относятся травы и злаки, на которые мы полагаемся в первую очередь как на главный и основной источник пищи, и широколистные растения от капусты до дуба, от рододендрона до кресс-салата.

Животные и цветковые растения состоят из множества клеток и поэтому называются многоклеточными организмами. Многие из этих клеток специализированны для выполнения определенных функций. У цветковых растений к ним принадлежат клетки, переносящие воду или сахара по растению, клетки, обеспечивающие фотосинтез в листьях, и клетки, хранящие питательные вещества в корнях. Подобно животным, растения имеют специализированные клетки, участвующие в половом размножении. Ядра спермия переносятся пыльцой и оплодотворяют крупную яйцеклетку, из которой в результате этого получается зигота и возникает новое самостоятельное растение.

Сходства между растениями и животными более фундаментальны, чем эти очевидные признаки. У растений есть много генов, эквивалентных тем, которыми обладают животные. Для нашей же темы главное то, что растения также имеют и высокоразвитую эпигенетическую систему. Они способны модифицировать гистоновые белки и ДНК практически так же, как это делают животные, и во многих случаях используют эпигенетические ферменты, очень подобные тем, которые встречаются у животных и даже у человека.

Эти генетические и эпигенетические сходства заставляют предположить, что животные и растения имеют общих предков. Именно благодаря некому общему прародителю мы унаследовали похожий генетический и эпигенетический инструментарий.

Разумеется, между растениями и животными существуют и глобальные различия. Растения способны сами создавать для себя пищу, тогда как животные этого не умеют. Растения поглощают основные химические вещества из окружающей среды, главным образом воду и углекислый газ. Используя энергию солнечного света, растения способны преобразовывать эти простые химические вещества в сложные сахара, такие как глюкоза. Практически вся жизнь на нашей планете зависит прямо или косвенно от этого удивительного процесса фотосинтеза.

Есть еще два аспекта, в которых растения и животные разительно отличаются друг от друга. Большинству садоводов известно, что если взять от растущего растения отводок — пусть даже маленький побег, — то из него можно вырастить совершенно новое растение. Способных на то же самое животных очень мало, и их никак нельзя причислить к высшим. Действительно, если ящерица определенного вида теряет хвост, то она сможет отрастить себе новый. Но в противоположном направлении процесс развиваться не будет. У нас не получится вырастить ящерицу из отброшенного другим животным кусочка хвоста.

Невозможно это по той причине, что у большинства взрослых животных единственными действительно плюрипотентными стволовыми клетками являются жестко контролируемые клетки зародышевой линии, из которых образуются яйцеклетки или сперматозоиды. Но активные плюрипотентные стволовые клетки — совершенно нормальное явление для растений. У них эти плюрипотентные стволовые клетки находятся на кончиках стеблей и корней. В подходящих условиях эти стволовые клетки могут продолжать делиться, что позволяет растению расти. А в других условиях стволовые клетки будут дифференцироваться в специализированные типы клеток, такие как цветки. Как только какая-либо из таких клеток «примет решение» стать частью, например, лепестка, она больше не сможет превратиться опять в стволовую клетку. Даже клетки растений в конечном итоге скатываются на дно уоддингтоновского эпигенетического ландшафта.

Еще одно различие между растениями и животными совершенно очевидно. Растения не могут передвигаться. Когда условия окружающей среды меняются, растения вынуждены адаптироваться к ним или погибнуть. Они не способны убежать или улететь из неблагоприятного для них климата. Растениям приходится искать способы реагирования на то и дело возникающие раздражители окружающей среды. Они должны быть уверены, что проживут достаточно долго, чтобы возродиться в нужное время года, чтобы их юные отпрыски могли иметь наибольшие шансы вырасти в полноценные и самостоятельные растения.