Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть
Шрифт:
Несмотря на такие оговорки, наши гены могут предоставить ценную информацию о том, кем мы можем быть и кем мы не можем быть. Здорово было бы делать некоторые вещи. Например, мне хотелось бы петь, как Стив Перри из группы Journey. Хотелось стать повыше. Было бы здорово сменить походку, чтобы женщины замирали в восторге, когда я прохожу мимо. Круто было бы стать умнее Альберта Эйнштейна. Думаю, было бы неплохо иметь крылья и летать, как люди-ястребы в комиксе «Флэш Гордон». Но, как бы и пытался, я не стану высоким мачо, который на собственных крыльях сгоняет до Стокгольма, чтобы забрать Нобелевскую премию, спев в финале своей речи Don’t Stop Believin’ [14] . Мечтать забавно, но нужно признать истину: мы не можем быть теми, кем хотим быть. Гены, которые мы наследуем при зачатии, – словно сданные нам карты за покерным столом: приходится играть тем, что есть на руках.
14
Очень популярная песня группы Journey.
Как
Представьте, что мы сделали вашу копию, используя тот же метод, которым ученые создали овечку Долли. Вставив вашу ДНК в какую-нибудь яйцеклетку с удаленной собственной ДНК, мы могли бы имплантировать нового вас какой-нибудь суррогатной матери. Через сорок недель у нее появится ребенок, который будет выглядеть в точности, как вы. Он будет расти – и при этом всегда оказываться вашей точной копией. Но встает вопрос на миллион долларов: до какой степени ваш клон будет вести себя так, как вы?
Секвенирование генома человека было гигантским шагом на пути понимания того, как мы функционируем, однако оно дает лишь грубый набросок вашего портрета. Последовательность вашей ДНК читается не как обычный роман, а больше напоминает книгу типа «Выбери себе приключение» [15] , в которой среда определяет то, как будет разворачиваться повествование. В вашей ДНК много различных потенциальных версий вас. Человек, которого вы видите в зеркале, всего лишь одна из них, воплотившаяся под воздействием уникальных обстоятельств, что влияли на вас с момента зачатия.
15
Choose Your Own Adventure – серия детских книг-игр, появившаяся в 1979 году. Герой-читатель постоянно делает какой-то выбор и переходит на соответствующую страницу книги.
Окружающая среда диктует, будет ли годным то или иное изменение в вашей ДНК. Если бы я родился 50 тысяч лет назад, я бы вряд ли прожил очень долго. Дело не только в том, что я ненавижу устраивать ночевки на природе, а моей силы хватает разве что открыть пакет с чипсами, но и в том, что в силу близорукости из меня получился бы весьма убогий охотник-собиратель, который оказался бы легкой добычей для львов, тигров и медведей. Естественный отбор тысячелетиями исключал людей с плохим зрением из генофонда. Однако с изобретением очков люди вроде меня снова оказались в игре [16] .
16
История близорукости сложнее. На инуитах (эскимосы) было показано, что буквально за одно поколение частота близорукости выросла с 1 до 20–25 % при переходе от охоты и собирательства к современному образу жизни. Исследования показывают, что основные причины близорукости не генетические, а средовые – долгое пребывание в помещениях и низкобелковая высокоуглеводная диета. Среди крестьян в традиционных обществах близорукость встречается у 6–15 % людей среднего возраста . – Прим. науч. ред.
Окружающая среда может оказать прямой эффект на ваши гены. Случайные генетические мутации могут возникнуть, например, при сильном воздействии солнца или при попадании в чан с отработанным ядерным топливом. Радиация и некоторые химические вещества называются мутагенами, поскольку они могут повредить ДНК, что часто приводит к бешенству клеток – раку. Количество потенциальных мутагенов соперничает с количеством альбомов, проданных Тейлор Свифт [17] . Некоторые из самых известных: ультрафиолетовое излучение, табак, алкоголь, асбест, уголь, выхлопные газы, загрязнение воздуха и обработанное мясо [18] . Количество повреждений ДНК в ваших клетках определяется масштабами воздействия и генетической предрасположенностью.
17
Тейлор Свифт – популярная американская певица, альбомы которой расходятся миллионными тиражами: например, только в первый день продаж альбома Folklore в июле 2020 года было продано 1,3 миллиона экземпляров.
18
Данные о мутагенности жареного и вареного мяса весьма противоречивы. Оно повышает риск некоторых типов рака, но скорее всего за счет изменений в реакциях организма на мутантные клетки. – Прим. науч. ред.
Окружающая среда может явным образом изменять функции генов, повреждая ДНК, однако это не единственный способ повлиять на их работу. Чтобы лучше понять дальнейшее, полезно представить гены как клавиши фортепиано. Если будете стучать по ним наугад, звуки будут похожи на музыку из фильма ужасов. Чтобы получилась красивая мелодия, нужно нажимать нужные клавиши в нужное время. Точно так же должны работать и гены. Если бы они играли одновременно, вы походили бы на Фредди Крюгера.
Каждая клетка вашего организма содержит одинаковый набор генов, так почему одни из них – клетки мозга, а другие – клетки задницы? В клетках вашего мозга происходит только экспрессия [19] генов клеток мозга. В ДНК в клетках мозга есть и гены для клеток
19
Экспрессия – процесс преобразования информации в гене в конечный продукт – белок или РНК.
На активность факторов транскрипции влияет множество причин, например гормоны. Гормоны, которые производятся вашей эндокринной системой, управляют развитием, половым влечением, настроением, обменом веществ и так далее. Многие вещества в окружающей среде действуют как эндокринные дизрапторы (иначе – эндокринные разрушители, эндокринные деструкторы), то есть вмешиваются в деятельность гормонов и, соответственно, нарушают экспрессию генов. В результате эндокринные дизрапторы могут вызвать репродуктивные, неврологические, иммунные проблемы и дефекты развития. К эндокринным дизрапторам относятся некоторые лекарственные препараты, некоторые пестициды, а также содержащийся в пластмассах бисфенол А. Как и в случае мутагенов, степень воздействия какого-то дизраптора на активность генов определяется его количеством. Пока еще нет единого мнения о предельно допустимых значениях, однако это вопрос важный: эндокринные дизрапторы есть повсюду (в частности, во многих предметах, которыми пользуются беременные/кормящие женщины и дети). Кроме того, негативное воздействие эндокринных дизрапторов на детей может сказываться в течение нескольких поколений. Одно исследование 2018 года показало, что воздействие на женщину диэтилстилбестрола (ДЭС), относящегося к этому классу веществ, повышает риск появления синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) у ее внуков.
Факторы транскрипции играют центральную роль в регулировании активности генов, однако они работают неизолированно. Когда ученые более детально изучили ДНК, стало очевидно, что это неоднородная молекула. Некоторые ее участки плотно свернуты и компактны, некоторые – расслаблены и открыты. Экспрессия генов в уплотненной ДНК идет не так активно, как у генов открытых фрагментов. Клетки могут контролировать доступ фактора транскрипции к генам в ДНК двумя основными методами. Первый – это метилирование ДНК: к нуклеотидам, составляющим ген, присоединяется метильная группа CH3. Когда по гену разбросаны метильные группы, его становится труднее читать – словно кто-то замазал во фразе некоторые буквы. Таким образом метилированный ген переходит в положение «выключено» или заглушается. Второй механизм задействует группу белков, называемых гистонами, – они образуют «катушки», вокруг которых накручивается ДНК. На гистоны воздействуют многочисленные химические модификации, а это влияет на экспрессию связанного с ними гена. Вкупе с факторами транскрипции эти процессы обеспечивают невероятную гибкость в экспрессии генов, позволяя тонкую настройку, а не просто «включение» и «выключение». Правильнее будет представлять себе экспрессию не как выключатель лампочки, а как регулятор силы ее света.
Процессы, которые влияют на экспрессию гена без изменения самой последовательности ДНК, называются эпигенетическими, что означает «за пределами гена» [20] . Эпигенетические модификации (также именуемые эпигенетическими метками) позволяют среде отправить вашим генам текстовое сообщение, которое меняет не только их работу у вас, но и их возможную работу у ваших детей и внуков. Как заметил знаменитый ботаник Лютер Бёрбанк, «наследственность – не что иное, как сохраненная среда». Физические вещества, с которыми вы сталкиваетесь в среде, могут вызывать эпигенетические изменения в вашей ДНК: теперь экспрессироваться будут не те гены. Это может оказаться существенной выгодой для вас и ваших детей, поскольку быстрые изменения в экспрессии генов позволяют быстро приспосабливаться к условиям окружающей среды.
20
От греч. – сверх, вне, за пределами.
Примечательно, что на экспрессию генов посредством эпигенетики влияют не только физические вещества, но и определенное поведение, например плохое обращение с детьми, издевательства, зависимость и стресс. Такие негативные события могут повредить нашу ДНК, а в некоторых случаях эти «шрамы» передаются нашим детям. Мы рассмотрим несколько соответствующих примеров в последующих главах, а пока укажем на один, подчеркивающий важность эпигенетики для нашего поведения. Хорошо известно, что низкое социально-экономическое положение коррелирует с увеличением заболеваний во взрослом возрасте: дети, выросшие в бедности, гораздо чаще сталкиваются с проблемами со здоровьем, когда вырастают. Конечно, тут сказываются внешние причины, однако крайне важными могут быть также и стартовые различия. В работе 2012 года генетик Моше Шиф из Университета Макгилла в Канаде продемонстрировал, что у взрослых, сталкивавшихся в детстве с экономическими проблемами, и у тех, кто вырос в обеспеченных семьях, метилируются разные группы. Аналогичные различия в метилировании ДНК наблюдались у обезьян, появившихся у родителей низкого ранга и у родителей с высоким статусом.