Как опыт ранних лет записывается в ДНК
Свою точку зрения отстаивает профессор Моше Шиф — эпигенетик из Университета Макгилла, член Академии Наук Королевского общества Канады, один из пионеров эпигенетики, основатель психиатрической и поведенческой эпигенетики, автор более 250 научных работ и первых патентов в этой области.
Есть ли ген «плохой матери»?
Всё началось в тёмном баре Мадрида. Я случайно встретил коллегу из Университета Макгилл, Майкла Мини. Мы выпили несколько кружек пива, и, как все учёные, он поведал мне о своей работе. Он сказал, что заинтересовался тем, как мамы-крысы вылизывают детёнышей после рождения. Я сидел и говорил: «Вот на что уходят мои налоги… на подобные гуманитарные исследования».
Он стал рассказывать мне, что крысы, как люди, вылизывают своих детёнышей самыми разными способами. Некоторые матери — много, другие — очень мало, а большинство — посередине. Интересно посмотреть на этих крысят, когда они вырастают, — спустя долгие годы по человеческим меркам, гораздо позже смерти их матери. Это совершенно разные животные. Те, за кем много ухаживали и часто вылизывали, кто получал такой заботы больше всего, не переживали без повода. У них было другое половое поведение. Он жили иначе, чем те, о ком матери заботились не так сильно.
И я подумал: «Это что, магия? Как так получается?» Генетики сказали бы вам, что у крысы, возможно, был ген «плохой матери», передававшийся из поколения в поколение и заставлявший её детей постоянно беспокоиться, что всё это определяется генетикой. А возможно ли, что здесь происходит что-то другое?
С помощью крыс мы смогли найти ответ на этот вопрос. Для этого мы провели эксперимент по перекрёстному воспитанию. В нём выводок — детёнышей крысы — при рождении отделили от матери и передали двум видам приёмных матерей… не настоящим матерям, а тем, кто позаботится о детёнышах: часто вылизывающим крысят и редко вылизывающим. С крысятами, которых вылизывают редко, можно сделать противоположное. Был получен удивительный результат: неважно, какой ген вы получаете от матери. Названные особенности крыс не определялись биологической матерью. Всё зависит от самки, которая заботится о крысятах. Как это может происходить?
Перепрограммирование генов
Я эпигенетик. Мне интересно, как гены химически маркируются во время эмбриогенеза, когда мы находимся в утробе матери, и как определяется, какой ген будет экспрессироваться в той или иной ткани. В мозге экспрессируются совсем другие гены, нежели в печени и глазах. И мы подумали: «Возможно ли, что мать своим поведением как-то перепрограммирует ген детёныша?»
Мы работали десять лет и обнаружили, что существует цепочка биохимических процессов, при помощи которых вылизывание и уход за детёнышем, материнская забота, переводятся в биохимические сигналы, которые идут в ядро и ДНК и программируют её по-другому. Благодаря этому животные могут подготовиться к жизни: «Будет ли она тяжёлой? Будет ли много еды? И будет ли вокруг много кошек и змей, или я стану частью высшего общества, где нужно будет всего лишь вести себя хорошо и вежливо, чтобы быть своим?» Теперь представим, каким важным этот процесс может быть для нашей жизни.
Концепция влияния опыта на гены
Мы наследуем ДНК от предков. ДНК старая. Она изменялась за время эволюции. Но она не сообщает о том, родитесь ли вы в Стокгольме, где летом дни длинные, а зимой короткие, или в Эквадоре, где дни и ночи равны по времени весь год. Это оказывает огромное влияние на наш организм. Мы считаем, возможно, то, что происходит в детстве, те сигналы, которые идут от матери, сообщают ребёнку, в какой среде он будет жить. Окажется ли она суровой, где лучше быть на чеку и готовым ко всему, или она будет благоприятной, и можно расслабиться. Там будет много или мало света? А сколько там будет еды? Если еды не хватает, надо настроить мозг объедаться, когда пища есть, либо запасать каждый кусочек в виде жира.
Это хорошо. Эволюция выбрала это, чтобы позволить нашей прошлой неизменчивой ДНК функционировать в новой обстановке динамически. Но иногда всё может пойти не так; например, если вы родились в бедной семье и сигналы сообщали: «Лучше переедай, поглощай каждый кусочек, который попадётся». Мы — люди, и наш мозг развился, что ускорило эволюцию. Сейчас в «Макдоналдс» можно поесть за доллар. Следовательно то, к чему нас готовили матери, становится неэффективным. То, что должно было защитить нас от голода и нехватки еды, будет приводить к ожирению, проблемам с сердечно-сосудистой системой и нарушению обмена веществ. Концепция влияния опыта на гены, особенно опыта, приобретёного в раннем детстве, помогает дать обобщающее объяснение и для здоровья, и для болезней.
Но только ли для крыс это верно? Проблема в том, что невозможно проверить это на людях, поскольку заставлять детей испытывать жизненные тяготы противоречит этике. Если у бедного ребёнка разовьётся какое-то качество, мы не поймём, произойдёт это из-за нищеты, или из-за того, что у бедных людей плохие гены. Генетики будут говорить вам, что люди бедны из-за генов, которые заставляют их жить в нищете. Эпигенетики скажут, что бедные люди окружены неблагоприятной нищей средой, которая создаёт этот фенотип, это свойство.
Что у приматов
Мы решили посмотреть на наших родственников — обезьян. Мой коллега Стивен Суми выращивал обезьян двумя разными способами: он случайным образом выбирал обезьянок, отделял их от матери и отдавал медсестре, которая становилась их опекуном. У этих обезьян не было матери: вместо неё была кормилица. А другие обезьянки оставались со своими родными матерями. Повзрослев, они стали совершенно разными животными. Те, кого выращивала мать, не проявляли интереса к алкоголю и не были сексуально агрессивными. Те же, у кого не было матери, были враждебно настроенными, напряжёнными и зависимыми от алкоголя. Мы посмотрели на их ДНК почти сразу после рождения, чтобы узнать, возможно ли, что мать маркирует гены? Есть ли её маркеры в ДНК потомства?
Этим обезьянкам 14 дней от роду, и здесь вы видите современный способ изучения эпигенетики. Теперь мы можем выявить химические метки, называемые маркерами метилирования, в одном нуклеотиде ДНК. Так мы можем картировать весь геном. Мы можем сравнить обезьян, которые росли с матерями и без них. Вот наглядное представление этого. Гены с бо́льшим уровнем метилирования помечены красным цветом, а гены с меньшим уровнем метилирования — зелёным. Как видите, изменено много генов, потому что отсутствие матери влияет не на один аспект жизни, а затрагивает сразу всё, даёт полное понимание о том, каким будет окружающий мир, когда вы вырастете. Вы видите две группы обезьян, невероятно отличающиеся друг от друга. Когда же это происходит? Эти обезьяны не видели своих матерей, и поэтому приобрели социальный опыт. Осознаём ли мы своё социальное положение в момент рождения?
В новом эксперименте мы взяли плаценту у обезьян с разным социальным статусом. В теме социального положения интересен тот аспект, что все живые существа устанавливают иерархию. Обезьяна под номером один — главная, а под номером четыре — подчинённая. Когда четырёх обезьян сажают в клетку, среди них всегда кто-то будет главным, а кто-то — подчинённым. Любопытно, что обезьяна под номером один намного здоровее той, что под номером четыре. И если поместить их в клетку, первая будет есть не так уж много, в отличие от последней. В этой генетической карте вы видите невероятную разницу при рождении между животными с высоким социальным статусом и животными, у которых он не столь высок.
Мы рождаемся, уже зная о своём социальном положении, и эти сведения не хорошие и не плохие, они просто готовят нас к жизни, потому что нам нужно по-разному программировать свою биологию в зависимости от того, какое у нас положение в обществе.
Стресс и зависимость
Как же мы можем исследовать это на людях? Нам нельзя ставить на них эксперименты, подвергать их опасностям и лишениям. Но Бог проводит такие эксперименты, и это зовётся стихийными бедствиями.
Одно из самых страшных стихийных бедствий в истории Канады произошло в моей провинции Квебек — ледяной шторм 1998 года. Он полностью разрушил электросеть, и это в середине зимы, когда температура в Квебеке держалась от -20 до -30 градусов. Некоторые женщины были беременны. Моя коллега Сюзанна Кинг наблюдала за их детьми пятнадцать лет.
Она заметила, что по мере роста уровня стресса… а мы можем объективно оценить уровень стресса. Как долго вы были без электричества? Где проводили своё время: в квартире своей тёщи или шикарном загородном доме? Всё это в сумме составляет шкалу социальной адаптации. Вы можете спросить: «Какими же были те дети?» Выяснилось, что по мере роста уровня стресса у детей учащаются случаи развития аутизма, метаболических расстройств и аутоиммунных заболеваний. Можно составить карту уровня метилирования ДНК и вновь увидеть, что зелёные гены по мере роста стресса становятся красными, а красные — зелёными. Весь геном реконструируется в ответ на стресс.
Если мы можем программировать гены, если мы не просто рабы своей генетической истории и гены можно изменять, то как это сделать? Ведь эпигенетические факторы могут вызывать такие болезни, как рак, метаболические и психические расстройства.
Поговорим о кокаиновой зависимости. Она ужасна и может привести к смерти. Мы захотели узнать, можно ли перепрограммировать мозг зависимого и так избавить его от этой тяги? Мы использовали модель возникновения и развития кокаиновой зависимости, которая воспроизводит происходящее с людьми. У нас это так: в старшей школе друзья предлагают попробовать кокаин, вы его принимаете, ничего не происходит. Через несколько месяцев что-то напоминает о том первом разе, дилер даёт вам кокаин, вы становитесь зависимым, и вся жизнь меняется.
То же самое мы проделали с крысами. Мой коллега Гал Ядид приучал животных к этому наркотику, а затем месяц не давал его. Потом он напоминал крысам сигналами, цветом клетки об обстоятельствах, когда они попробовали кокаин впервые. Они сходили с ума. Чтобы получить наркотик, они продолжали жать на рычаг, пока не умирали. Сначала мы выяснили, что разница между этими животными в том, что пока ничего не происходит, кокаина поблизости нет, их эпигеном перестраивается, их гены маркируются по-другому. И когда сигнал приходит, их геном готов к тому, чтобы сформировать фенотип наркомана.
Мы давали крысам препараты, которые либо повышают уровень метилирования ДНК, либо понижают его, и наблюдали за эпигенетическими маркерами. Оказалось, что при повышении уровня метилирования крысы вели себя ещё безумнее и хотели кокаин сильнее. Но если мы понижали уровень метилирования генов, животные переставали быть зависимыми. Мы перепрограммировали их. Основное различие между эпигенетическим препаратом и любым другим состоит в том, что при помощи первого мы, по сути, убираем следы опыта. Когда они исчезают, то уже не возвращаются, пока подобный опыт не повторится. Крысы теперь перепрограммированы. Когда мы проследили за ними через 30, а потом 60 дней, что по человеческим меркам составляет много лет жизни, зависимости не было. Благодаря одной эпигенетической терапии.
ДНК — это код
Что же мы узнали о ДНК? ДНК не просто последовательность букв, не просто код. Это — динамичный фильм. Наш опыт записывается в этот интерактивный фильм. Вы словно смотрите кино о своей жизни при помощи ДНК — вашего пульта управления. Можно убирать и добавлять актёров. Несмотря на детерминистическую природу генетики, вы можете контролировать, какими будут ваши гены. Это прекрасная новость, ведь теперь к лечению некоторых смертельных заболеваний, таких как рак и психические расстройства, можно подойти с другой стороны, рассматривая их как проявление дезадаптации. При помощи эпигенетического вмешательства мы можем обратить фильм вспять, убрав старого актёра и поставив нового.
Сегодня я хочу сказать вам, что наша ДНК состоит из двух частей, двух информационных слоёв. Один из них — древний, изменявшийся на протяжении миллионов лет эволюции. У него фиксированная структура, плохо поддающаяся изменению. Второй информационный слой — эпигенетический. Он открыт и гибок, задаёт повествование, интерактивен. Он позволяет нам в значительной степени контролировать свою судьбу, изменять к лучшему судьбу наших детей, и, надеюсь, справиться с болезнями и серьёзными проблемами со здоровьем, от которых долгое время страдает человечество.
Хотя гены и определяют нас, мы обладаем степенью свободы, которая поможет взять ответственность за свою жизнь.