Читая между строк ДНК

Майкл Энсти из Оксфордского университета недавно обнаружил, что эти насекомые начинают усиленно синтезировать нейромедиатор серотонин, когда не могут избежать соприкосновения с сородичами. Благодаря этому изменяется программирование их генома. Нейромедиатор меняет не только окраску с зеленой на коричневую, но и характер — одиночки становятся стадными насекомыми.

Каждый организм неизбежно подвергается воздействию тысяч различных факторов окружающей среды. И живые существа развили самые разнообразные системы обработки этих сигналов. Для реакции на внезапные события у них есть органы чувств и рефлекторная дуга. Иные факторы окружающей среды воздействуют на организм постоянно в течение лет и десятилетий. В таком случае наиболее адекватна эпигенетическая реакция. Например, если человек живет в засушливый период, идеальный механизм приспособления — перепрограммирование клеток его гормональной системы, чтобы обмен веществ мог долгое время обходиться малым притоком энергии.

Один пример из жизни водяной блохи (дафнии) показывает, как хорошо работает такая модель: как только в воде скапливается слишком много личинок определенного вида мух, основных биологических врагов дафний, у крошечных рачков формируется защитный двустворчатый панцирь (карапакс). Он помогает спастись от личинок. Однако рост панциря поглощает много энергии, и на другие функции ее не хватает.

Живут ли рачки в панцире или без него, зависит в конечном счете от того, какая из двух стратегий создает преимущества в тот или иной момент. А это клетки водяной блохи «понимают» по конкретному сигналу из окружающей среды: если в воде содержится большое количество определенного химического вещества, выделяемого их врагами, они переключаются на формирование панциря; если содержание этого вещества уменьшается, они переключаются обратно, и опять появляется больше водяных блох без карапакса. При небольшом количестве врагов формирование панциря — напрасная трата энергии, при большом — спасительная стратегия.

Людьми окружающая среда тоже управляет, и в гораздо большей мере, чем предполагается. «Через эпигенетику на наши гены влияет практически все: еда, поведение, яды, стресс, возможно, даже климатические изменения», — считает Йорн Вальтер. Через гормональную и нервную системы внешние факторы воздействуют на нашу физиологию, влияя даже на обмен веществ в отдельной клетке. Каждый из этих факторов способен управлять эпигеномом, а следовательно, может со временем изменять нас.

Эпигенетикам уже давно известно, что людей формируют многие процессы, аналогичные тем, что происходят у пчел, муравьев, рептилий или водяных блох. Нам, правда, не нужен панцирь для защиты от личинок мух, и у нас нет чересчур строгой биоморфологической кастовой системы. Но наш мозг, например, может по-разному реагировать на индивидуальный опыт, так или иначе активируя некоторые гены, что в конечном счете меняет наши характер и социальное поведение. Само собой разумеется, что обмен веществ, рост или вес также испытывают влияние эпигенома.

Поэтому бостонский специалист по стволовым клеткам Рудольф Йениш утрирует слова Вальтера. «Сегодняшний обед неизбежно повлиял на ваш геном, мы только не знаем пока, как именно», — говорит он. Обнаружить это самое «как» — иными словами, узнать главные эпигенетические операторы — одна из центральных задач ученых в ближайшем будущем. Попутно они обнаружат много новых способов, как именно мы можем воздействовать на генную активность определенных клеток в интересах собственного здоровья.

До эпигенетической революции господствовало представление, будто такие внешние факторы, как недостаток любви, культура или питание, могут лишь одномоментно влиять на наше поведение, психику или гормональную систему. Прекращаются сигналы — прекращается и их воздействие. Теперь взгляды изменились: клетки обладают памятью, которая благодаря продолжительным изменениям эпигенома хранит различные ответы на импульсы из окружающей среды.

Поначалу многим генетикам трудно было признать это. С 2002 по 2008 год Йорн Вальтер совместно с Бернхардом Хорстхемке руководили специальной программой по эпигенетике в Немецком научно-исследовательском обществе. «Оглядываясь назад, я вижу один из важнейших результатов — благодаря престижу Немецкого научно-исследовательского общества эпигенетика как исследовательская область приобрела большую значимость», — резюмирует Вальтер. За этим последовал одновременный запуск нескольких новых исследовательских программ, аналогичные проекты начали и другие страны.

Эпигенетикам пришлось нелегко. Еще десять лет назад большинство ученых посмеивались над ними. «В воздухе постоянно витал упрек, что мы занимаемся не совсем серьезной наукой, — вспоминает Вальтер. — Нас принимали за чокнутых с эзотерическим налетом». Господство генов в клеточном ядре было догмой — ложной, как стало ясно теперь.