Биология веры: Недостающее звено между Жизнью и Сознанием

Липтон Брюс

Как же «засучить рукава» регуляторных белков? Необходим внешний сигнал, побуждающий белок «рукава» изменить конфигурацию, отделиться от двойной спирали ДНК и открыть ген для «прочтения». Когда ген оказывается открыт, клетка делает его копию. Таким образом, активность генов управляется присутствием или отсутствием покровных регуляторных белков, что, в свою очередь, обусловливается сигналами внешней среды.

Разобраться в тонкостях эпигенетического воздействия — значит разобраться в том, как сигналы окружающего мира управляют активностью генов. Сегодня уже понятно, что схема «верховенства ДНК» устарела; новую схему информационного потока следовало бы назвать «главенство среды». Согласно этой новой, более сложной схеме, распространение биологической информации начинается

с сигналов среды, действующих через регуляторные белки, и лишь затем в игру вступают ДНК, РНК и, наконец, белок.

Эпигенетика также установила, что есть два механизма — генетический и эпигенетический, посредством которых организмы передают из поколения в поколение наследственную информацию. Этот факт открывает возможность исследовать вклад в человеческое поведение как природы-nature (генов), так и воспитания-nurture (эпигенетических механизмов). Если же принимать во внимание только генетические программы (как это делалось многие десятилетия), механизм влияния среды понять невозможно [Dennis 2003; Chakravarti and Little 2003].

Настроечная таблица на экране телевизора — аналог белковой структуры, закодированной в гене. При помощи ручек управления телевизором можно изменить вид настроечной таблицы, не оказывая влияния на сам телевизионный сигнал (т. е. в нашем случае — на ген). Эпигенетическое управление изменяет характер реализации гена, не меняя ДНК-кода.

Приведу аналогию, которая, возможно, прояснит отношения между эпигенетическим и генетическим механизмами. Если вы не слишком молоды, то, вероятно, помните те дни, когда телевизионные программы передавались только до полуночи. По окончании телепрограмм на экране телевизора появлялась так называемая «настроечная таблица». Большинство таких таблиц представляли собой что-то вроде концентрических мишеней для стрельбы (см. рисунок). При помощи ручек и переключателей телевизионного приемника, можно было добиться появления или исчезновения настроечной таблицы, а также под­страивать целый ряд ее характеристик: цвет, оттенок, яркость, контрастность, положение по вертикали и горизонтали. Иными словами, имелась возможность изменять характер изображения на экране, никак не воздействуя при этом на сигнал, поступающий из телецентра. Так вот, то же самое делают и регуляторные белки. Благодаря этим эпигенетическим «ручкам» одна и та же генная программа может реализоваться в виде двух и более тысяч вариантов белков [Вгау 2003; Schmuker, et al, 2000].

Как жизненный опыт родителей влияет на генетику детей

Как теперь известно, тонкие эпигенетические подстройки, вызванные влиянием окружающей среды, могут передаваться из поколения в поколение. В замечательной работе, опубликованной в номере журнала Molecular and Cellular Biology за 1 августа 2003 г., исследователи из университета Дьюка доказывают, что за счет воздействия внешней среды можно даже преодолеть генные мутации у мышей [Waterland and Jirtle 2003]. Ученые исследовали влияние пищевых добавок на беременных мышей — носительниц аномального «гена агути». Такие мыши имеют золотистую окраску, страдают ожирением и особо подвержены диабету, а также сердечно-сосудистым и онкологическим заболеваниям.

В ходе эксперимента группа страдающих ожирением агути-мышей получала пищевые добавки, богатые метильными группами (аналогичные тем, что продаются в магазинах здоровой пищи): фолиевую кислоту, витамин В₁₂, бетаин и холин. Эти добавки выбрали потому, что они, как было показано в ряде работ, принимают участие в эпигенетических модификациях.

Прикрепляясь к молекуле ДНК, метильные группы изменяют условия связывания с ней регуляторных хромосомных белков. Если такие белки связываются с ДНК чересчур сильно, белковый «рукав» становится невозможно «засучить» и содержащиеся в ДНК гены не поддаются считыванию. Метилирование ДНК способно подавить

или модифицировать генную активность.

Как тут не вспомнить газетные заголовки типа: «Диета сильнее генов»? Матери-мыши, получавшие пищевые добавки, богатые метильными группами, производили на свет обыкновенных бурых мышат нормальной комплекции; при этом у последних присутствовал тот же самый ген агути, что и у их матерей. Что же до матерей-агути, не получавших таких добавок, их потомки имели золотистый окрас, ели вдвое больше обычных здоровых мышей и набирали вдвое больший вес, чем их поджарые сверстники-«псевдоагути».

Приведенный на следующей странице снимок производит огромное впечатление. Две мыши, будучи генетически идентичными, кардинально отличаются по внешнему виду. Одна из них поджарая и бурая, другая — тучная и желтая. Кроме того (хотя вы и не можете видеть этого на фотографии), тучная мышь страдает диабетом, а поджарая полностью здорова.

Сестры-агути. Годовалые генетически идентичные женские особи агути-мышей. Обогащенный метилом рацион матерей меняет окрас их потомства с золотистого на бурый и уменьшает частоту случаев ожирения, диабета и рака. (Фото предоставлено Джертлом и Уотерлендом.)

Другие исследования показали, что эпигенетические механизмы играют роль в развитии целого ряда заболеваний — онкологических, сердечно-сосудистых, диабета. Вообще говоря, только 5% сердечников и раковых больных имеют право списывать свою болезнь на наследственность [Willett 2002]. Средства массовой информации, поднявшие большой шум вокруг открытия генов рака груди BRCA1 и BRCA2, почему-то гораздо меньше распространялись о том, что в 95% случаев рак груди возникает отнюдь не из-за унаследованных генов. У значительной части онкологических больных причиной злокачественных опухолей становятся не дефекты в генах, а обусловленные экологией эпигенетические изменения в организме [Kling 2003; Jones 2001; Seppa 2000; Baylin 1997].

Данные эпигенетических исследований настолько убедительны, что некоторые особо смелые ученые даже рискнули вспомнить в связи с ними имя многократно ошельмованного эволюциониста Жана-Батиста де Ламарка, считавшего, что признаки, приобретенные в результате взаимодействия с окружающей средой, могут передаваться по наследству. Философ Эва Яблонка и биолог Марион Лэм пишут в своей вышедшей в 1995 году книге «Эпигенетическое наследование и эволюция — ламаркистский аспект»: «В последние годы специалисты по молекулярной биологии установили, что геном гораздо более подвержен влиянию среды, чем это предполагалось ранее. Также они установили, что информация может быть передана потомкам иными средствами, нежели базовая последовательность ДНК» [Jablonka and Lamb 1995].

Итак, мы вернулись к тому, с чего я начал эту главу, — к среде. Работая в лаборатории, я сам неоднократно наблюдал, как изменения среды влияют на изучаемые мною клетки. Но только в конце моей научной карьеры, в Стэнфорде, я осознал роль среды по-настоящему. Я обратил внимание на то, как, в зависимости от состояния среды, меняются эндотелиальные клетки, выстилающие изнутри кровеносные сосуды. Стоило мне добавить в тканевую культуру раздражающие химические вещества, эти клетки быстро превращались в некое подобие макрофагов — мусорщиков иммунной системы. И что поразило меня больше всего — это происходило даже в том случае, если я разрушал их ДНК с помощью гамма-лучей [Lipton 1991]!

Через двадцать лет после того, как мой учитель Ирв Кенигсберг посоветовал мне обращать внимание на среду, если с клетками что-то не в порядке, я наконец-то в полной мере понял сокрытую в его словах истину. ДНК не управляет живыми организмами, и ядро — не «мозг» клетки. Жизнь клеток, точно так же как ваша или моя, обусловлена тем, среди чего они живут. Так что, завершая эту главу, мне остается еще раз повторить: это же среда, тупицы!

Глава III