Умный ген. Какая еда нужна нашей ДНК

Шэнахан Кэтрин

Два нижеприведенных исследования показывают, как стратегию, связанную с предрасположенностью к лишнему весу, можно включить или выключить, модулируя питание в утробе.

В исследовании 2010 года, в котором рассматривалось, как плохое питание матери и ее лишний вес влияет на следующие поколения, ученые сделали вывод: «Плохое питание в утробе может вносить немалый вклад в нынешний цикл ожирения»³³. В статье показали, что дети, родившиеся у матерей с лишним весом, эпигенетически запрограммированы на нездоровое наращивание жировой ткани. Это говорит о том, что миллионы неправильно питающихся мам, сами того не подозревая, программируют своих детей на жизнь с ожирением, а потом эта предрасположенность к лишним килограммам передается еще и детям этого ребенка.

Неужели достаточно, чтобы одна мама плохо питалась, чтобы приговорить все последующие поколения к ожирению?

А вот здесь нас ждет хорошая новость. Плохое питание может привести к проявлению нежелательных свойств, а вот хорошее питание может заставить эпигенетическую систему адаптации вернуться к более ранней стратегии, подходящей для более оптимальной питательной среды.

Некоторые классические эпигенетические исследования показывают, что забытые стратегии можно вспомнить – по крайней мере, в некоторых обстоятельствах, – если дать генам поддержку посредством питательных веществ. Вот почему я считаю, что все мы в потенциале можем быть победителями генетической лотереи – или, по крайней мере, стать родителями таких победителей: забывчивый геном можно заново научить потерянным навыкам.

Второе исследование показывает, что оптимизация питания в утробе может оказать противоположный эффект – убедить эпигеном отказаться от стратегии набора веса и выбрать вместо нее стратегию, обеспечивающую оптимальное строение тела. Доктор Рэнди Джертл из Университета Дьюка в Дарэме, штат Северная Каролина, изучал воздействие укрепляющих питательных веществ на агути, породу мышей, известную своим желтым цветом и предрасположенностью к развитию сильного ожирения, за которым следует диабет. Начав с самки агути, которую ранее кормили обычным кормом для мышей, он стал давать ей специально разработанный корм с витамином В₁₂, фолиевой кислотой, холином и бетаином, после чего случил ее с самцом. Вместо того, чтобы родить только толстых, нездоровых малышей с желтой шерстью, как раньше, на этот раз самка принесла в помете и несколько здоровых коричневых мышат, которые развивались нормально³⁴. Это исследование можно толковать так: у регуляторной ДНК породы агути, по сути, поврежден «мозг» – скорее всего, какими-то травмами, полученными породой в прошлом. В результате хромосомы агути, в отличие от хромосом других мышей, обычно не могут создать здоровое, нормальное потомство. В этом исследовании ученые смогли вылечить геном агути, бомбардировав спящие гены таким потоком питательных веществ, что они проснулись и перепрограммировали себя для лучшей работы.

Это имеет огромное значение и для нас с вами: ученые находят все новые ненормальные регуляторные «шрамы» в наших генах. Эти «шрамы» – сохранившиеся свидетельства о том, как жили наши предки, что они ели, даже иногда – какая была погода. Например, к концу Второй мировой войны необычно суровая зима вкупе с продовольственным эмбарго, наложенным немцами, привела к гибели от голода более 30 000 человек. Те же, кому удалось выжить, страдали от самых разных расстройств развития и болезней – низкого веса при рождении, диабета, ожирения, коронарной недостаточности, рака груди и других видов рака. Группа голландских ученых показала, что у людей, переживших ту зиму, даже внуки рождались с весом меньше нормального³⁵.

Это открытие очень интересно, потому что говорит о том, что питание беременной женщины влияет не менее чем на два следующих поколения. В отличие от мышей-агути, которым требовались огромные дозы витаминов, организмы этих людей, скорее всего, нормально отреагировали бы даже на нормальный или чуть больший нормального уровень питательных веществ, потому что их гены, в отличие от мышиных, страдали не так много – всего лишь в течение одного-двух поколений, так что для их пробуждения не понадобится настолько много питания.

Некоторые эпигенетические реакции не просто передаются по наследству, но и усиливаются. Исследуя влияние курения матери на риск развития астмы у ребенка, доктора из Школы медицины имени Кека в Лос-Анджелесе обнаружили, что дети, родившиеся у матерей, куривших при беременности, в полтора раза сильнее рискуют заболеть астмой, чем родившиеся у некурящих. А вот если курила бабушка, то вероятность астмы у ребенка вырастает в 1,8 раза – даже если мама не выкурила в жизни ни одной сигареты! Наконец, если курили и мама, и бабушка, то риск развития астмы вырастал в 2,6 раза³⁶. Почему ДНК так реагирует? Если рассмотреть логику этого решения, можно, например, предположить следующий вариант: если мама курит во время беременности, то говорит эмбриону, что воздух полон токсинов, и дышать иногда бывает опасно. Развивающимся легким будет лучше, если они будут быстро реагировать на любые раздражающие вещества. Легкие у астматиков как раз реагируют избыточно. Они начинают кашлять и отплевываться, едва почувствовав в воздухе незнакомое вещество. Тем не менее, я считаю, что даже настолько израненному геному можно напомнить о том, как функционировать нормально.

Почему я так верю в восстановительную силу хорошего эпигенетического ухода? Потому что, в противоположность прежнему образу мыслей, мы сейчас знаем, что большинство болезней вызвано не перманентными мутациями, а неправильной экспрессией генов³⁷. Как мы уже видели, химикаты, получаемые из окружающей среды, оставляют на длинной молекуле ДНК метки, меняя ее поведение. Подобная система, по словам автора эпохального исследования об агути, Рэнди Джертла, существует, чтобы обеспечить «быстрый механизм реакции [организма] на окружающую среду без необходимости замены “аппаратуры”»³⁸. Таким способом можно отменить любую подстройку или модификацию физиологии, если организм заметит, что она не работает. Этот процесс можно назвать, так сказать, бета-тестированием предлагаемой «мутации». С одной стороны это кажется довольно-таки сложной для молекулы операцией, но не забывайте, что мы говорим о молекуле, которая находится в разработке с тех самых времен, как на Земле появилась жизнь. Благодаря новому пониманию механизмов работы ДНК мы теперь еще и понимаем, насколько легко дефицит питательных веществ или воздействие токсинов может привести к хроническому заболеванию – и как быстро эти болезни реагируют на избавление от токсинов и улучшение рациона.

Доктор Дов Гринбаум из Центра мастерства в геномной науке Йельского университета, как и я, верит в интеллект, стоящий за конструкцией генетического аппарата. Рассказывая, как «мусорная ДНК» управляет эволюцией, он пишет: «Движение транспонируемого «мусора» образует динамическую систему активации генов, которая позволяет организму адаптироваться к окружающей среде»³⁹. Он описывает его функции так же, как Джертл, добавляя, что эта система транспозиции «помогает организму адаптироваться к окружающей среде, не реконструируя всю «аппаратуру» заново»⁴⁰. Для дальнейшей аналогии можно предположить, что генетические модификации подчиняются протоколу, похожему на тот, что используют программисты: проверка на ошибки, затем запуск вместе с другими программами (бета-тестирование), затем интегрирование в операционную систему, а затем – если функция оказывается совершенно необходимой, – встраивание в аппаратную часть.

Возможно, именно это случилось с человеческим геном производства витамина С. После того, как его не использовали в течение целых поколений (из-за изобилия витамина С в нашей еде), ген стал очень «сонным». В конце концов, когда эпигенетическое «бета-тестирование» показало, что мы можем выжить, вообще не вырабатывая витамина С самостоятельно, мутация в гене навсегда отключила его. Как именно работает это бета-тестирование? Некоторые маркеры повышают вероятность ошибки во время размножения, и, таким образом, временное эпигенетическое изменение может подготовить ген к необратимому изменению – мутации спаренного основания⁴¹. Гены похожи на маленькие машины по выработке белка, создающие разные продукты. Если один из рабочих выключит свою машину (представьте эпигенетическую метку), и клетка в следующих поколениях по-прежнему будет хорошо работать, эту машину (ген) можно переоборудовать для производства чего-нибудь другого или вообще навсегда отключить. Чем больше мы узнаём об эпигенетике, тем больше понимаем, что генетические изменения – и развитие болезней, и даже сама эволюция, – контролируются (в том числе с применением обратной связи) настолько же тщательно, как все остальные биологические процессы – от развития клетки до дыхания и размножения, так что они на самом деле не такие уж и случайные.

Что помогает регулировать все эти клеточные события? В основном – пища. В конце концов, прием пищи – это наш главный способ взаимодействия с окружающей средой. Но вот что по-настоящему замечательно: метки, которые ставятся на гены, контролируют их работу и помогают направлять курс эволюции, состоят из простых питательных веществ – минералов, витаминов и жирных кислот, – или же на них влияет присутствие этих питательных веществ. Иными словами, между тем, что вы едите, и тем, как ведут себя гены, практически нет никаких посредников, а ведь именно поведение генов определяет, какие изменения становятся перманентными и наследуемыми. Если еда может изменять генетическую информацию всего за одно поколение, то получается, что сильные и близкие отношения между питанием и ДНК – это едва ли не центральный сюжет продолжающегося спектакля человеческой эволюции.