Эпигенетика. Память отцов

От родителей нам достаются наследственные признаки. Такие, как цвет глаз, форма ушей, рост и так далее. Однако только наследственностью нельзя объяснить всю нашу жизнь. Ведь на неё влияет множество внешних обстоятельств — в каком обществе мы живём, какие книги читаем, что едим и с какими сложностями сталкиваемся. Их изучает эпигенетика. 

Эпигенетика — относительно молодое научное направление, которое является разделом генетики. Однако предмет изучения эпигенетики — преимущественно не гены, а факторы, которые на них влияют. Ведь в формировании человека играют значительную роль не только сами гены, полученные от родителей. Но и то, как и где они «включаются» и «выключаются», формируя фенотип человека. Причём на его фенотип влияет не только среда, в которой живёт сам человек. В расчёт нужно брать факторы, которые повлияли на жизнь его родителей, бабушек и дедушек. Условно говоря, война, голод, репрессии и другие испытания, через которые прошли наши предки, — всё это «записано» в нашем фенотипе.

Что такое эпигенетика. История возникновения 

О том, что такое эпигенетика, очень образно сказал в 1942 году биолог Конрад Уоддингтон. Он сравнил человеческую жизнь с рекой, в которой исток — это зачатие, а устье — зрелость. Эта река протекает то по горам, то по равнинам. И от того, по какому рельефу она протекает, зависит и её протяженность, и направление потока, и его скорость. Именно Уоддингтон предложил для нового научного направления название «эпигенетика», соединив в единое целое две науки — эпигенез, то есть учение о зародышевом развитии организмов, и генетику. 

Представители традиционного научного сообщества долгое время не признавали эпигенетику и не считали её наукой. Ведь раньше утверждалось, что генетические данные неизменны, а эпигенетика, по мнению некоторых, подвергала этот факт сомнению. Однако на самом деле эпигенетика не говорит об изменении набора генов. Она лишь утверждает, что из-за внешних обстоятельств гены могут «включаться» и «выключаться».

Красные глаза по наследству

Предположение учёного подтвердили исследования, проведенные в 60-70-х годах прошлого века. Учёные, изучавшие гены, обратили внимание на то, что они работают неодинаково и зависят от влияния внешних обстоятельств.

Более поздний эксперимент, проведённый с мухами-дрозофилами, окончательно подтвердил предположение о влиянии внешней среды на геном организма. В 1998 году швейцарские ученые изучали мутацию мух-дрозофил, в результате которой у них покраснели глаза. Выяснилось, что если мухи живут при более высокой, чем обычно, температуре, то у их потомства, которое находится уже в обычных условиях, будут красные глаза.

Обратимые изменения

Эпигенетика — это влияние внешних условий и обстоятельств на работу генов. Изменения, которые происходят в генофонде организма, передаются по наследству, однако они обратимы. Если дальнейшие условия жизни меняются, то эпигенетические изменения могут быть нивелированы. Например, если человек недосыпает в течение недели, в его организме меняется активность семиста генов. Но если он возвращается к нормальному режиму, активность генов восстанавливается в первоначальном виде.

Адаптация к будущему

Феномен изменения работы генов нашёл объяснение в работе ученых Питера Глюкмана и Марка Хансона. Они увидели причину таких трансформаций в том, что организм, находящийся ещё в зачаточном состоянии, пытается «предугадать» условия будущей жизни и максимально приспособиться к ним. При этом такие «улучшения» могут передаваться и будущим поколениям. Например, если эмбрион развивается в полуголодном состоянии, он пытается адаптироваться и запасает питательные вещества впрок. Если после рождения голод продолжается, эта способность помогает ребенку выжить. Если же условия меняются, приобретённая запасливость может привести к ожирению.

Послевоенные поколения

Примером работы эпигенетических механизмов может служить исследование, во время которого учёные изучали здоровье пожилых жителей Голландии, родившихся сразу после Второй мировой войны.  Беременность матерей испытуемых пришлась на самый сложный для Голландии период — на зиму 1944 — 1945 годов.

Тогда там был настоящий голод, и будущие матери очень плохо питались, находились в постоянном стрессе. В результате дети чаще всего рождались с недостаточностью веса. Сравнив здоровье этих людей со здоровьем детей, родившихся на год позже, учёные обнаружили интересную закономерность. Дети самой страшной голландской зимы гораздо чаще были подвержены болезням сердца, диабету и ожирению.

Как это работает — генотип и фенотип

В каждой клетке человеческого организма содержится молекула ДНК, в которой заключены различные гены. 

Блокирование генов

ДНК — самая длинная молекула в нашем теле. Отдельные участки ДНК — это отдельные гены, по-разному определяющие развитие организма. Какой-то ген отвечает за рост, другой — за цвет волос, третий — за характер. Так вот, работают гены неодинаково. Некоторые гены, отвечающие за устройство конкретной клетки, работают всю жизнь. Другие же, напротив, блокируются и могут всю жизнь «проспать». 

О том, что и как хранится в ДНК, Вы можете прочитать в статье «ДНК — природное хранилище»

Блокирование генов происходит буквально. То есть к определённому участку ДНК присоединяется группа атомов метила, которые снижают активность гена. В науке этот процесс называется метилирование ДНК. Это не единственный процесс изменения активности генов, но самый изученный. 

Генотип и фенотип

Тут нужно разобраться с определениями таких понятий, как генотип и фенотип. У этих слов похожее звучание, но разный смысл. Генотип — это совокупность генов организма. Фенотип — совокупность признаков этого организма.

При этом фенотип напрямую зависит от взаимодействия генотипа и окружающей среды, в котором этот организм развивался и существовал. Так что организмы с одинаковым набором генов могут обладать разными фенотипами. 

Эксперимент на мышах с геном агути

Наиболее яркой иллюстрацией того, как формируется разный фенотип при одинаковом наборе генов, является эксперимент, который был проведен в 2003 году учеными из Дюкского университета. Исследование проводилось на  беременных трансгенных мышах, обладающих геном агути. Тут необходимо пояснить, что трансгенный организм — это организм с искусственно измененным геномом. А ген агути — это ген, регулирующий окраску шерсти.

Эти мыши были склонны к ожирению и имели жёлтую шерсть. Учёные начали давать мышам фолиевую кислоту, витамин B12 и другие препараты, которые помогали мышиному потомству максимально благополучно развиваться. И в результате у нездоровых мышей родилось совершенно здоровое потомство с коричневой шерстью. А ген агути, вызывавший отклонения, был попросту заблокирован. 

Но ещё интереснее оказались результаты исследования дальнейшего потомства этой мышиной группы. Мыши, которые не получали поддержку в виде питательных веществ, витаминов и микроэлементов, тоже приносили здоровое потомство. То есть ген агути, который точно присутствовал в их организме, оказался заблокирован на многие поколения вперед.

Мы — в ответе за следующие поколения

Весь наш образ жизни, наши эмоции самым непосредственным образом влияют на жизнь будущих поколений. Как сказал английский биолог и нобелевский лауреат Питер Медавар:

«Генетика предполагает, а эпигенетика располагает».

Имеется в виду, что никакой набор генов, переданный по наследству, не может гарантировать нашим потомкам здоровья, счастья, уравновешенного характера и творческих способностей.

Если мы говорим о развитии серьёзных заболеваний, то на их появление влияют совокупно набор генов, внешняя среда и эмоции. Именно негативные внешние факторы могут, например, включить вредоносный ген, отвечающий за склонность к определенным заболеваниям. Притом, что раньше он не проявлялся в предыдущих поколениях, а мирно спал. Таким образом, даже люди, которые ведут идеально здоровый и правильный образ жизни, могут внезапно заболеть, поскольку опасный ген был активирован еще в утробе. 

Но если мы не можем влиять на то, как включаются и выключаются наши гены, мы можем повлиять на фенотип наших потомков. И если каждый человек осознает, что его дурные привычки, злые эмоции и необдуманные действия влияют не только на его судьбу, но и на следующие поколения, он начнёт намного ответственнее относиться к своей жизни.