Эпигенетика: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Зои Рейнольдс, которая перепрограммировала мою жизнь, и памяти Шона Кэри, 1925—2011

Благодарность

Последние несколько лет мне посчастливилось работать с рядом поистине выдающихся ученых. Их слишком много, чтобы я могла назвать здесь каждого, однако особые слова благодарности я хочу адресовать Мишель Бартон, Стефану Беку, Марку Бедфорду, Шелли Бергер, Эдриану Берду, Крису Бошофу, Шэрон Дент, Дидье Девизу, Лучано Ди Кроче, Энн Фергюсон-Смит, Жану-Пьеру Исса, Питеру Джонсу, Бобу Кингстону, Тони Кузаридесу, Питеру Лэйрду, Джинни Ли, Дэнешу Моазеду, Стиву Макмахону, Вольфу Рейку, Рамину Шикхаттару, Ирине Станчевой, Азиму Сурани, Ласло Тора, Брайану Тернеру и Патрику Варга-Вайсу.

Кроме того, я благодарю моих бывших коллег из компании Cell Centric — Джонатана Беста, Девананда Кризи, Тима Фелла, Дэвида Ноулза, Нила Пега, Тиу Стенвей и Уилла Уэста.

Как начинающий автор, особую свою благодарность я хочу выразить моему агенту Эндрю Лоуни, рискнувшего потратить свое время на меня и эту книгу.

Свою самую теплую благодарность я выражаю также всем милым сотрудникам издательства Icon, и в первую очередь Саймону Флинну, Наджме Финлей, Эндрю Ферлоу, Нику Халл идею и Гарри Скоблу. Их неисчерпаемое терпение к моему полному невежеству во всех вопросах, касающихся издательского дела, было поистине героическим.

Огромную поддержку я получала от своей семьи и друзей, и я искренне надеюсь, что они простят меня за то, что я не перечисляю их здесь поименно. И все же я не могу не назвать Элеанору Флауэрдей, Виллема Флауэрдея, Алекса Гиббса, Эллу Гиббс, Джессику Шейл О’Тул, Лили Саттон и Люка Саттона, выводивших меня из уныния и вдохновлявших на продолжение работы, когда я временами увязала в ее казавшихся мне непроходимыми дебрях.

Наконец, за то, что ей неизменно удавалось перебороть искушение закатывать глаза всякий раз, когда я говорила: «Я не могу провести время с друзьями, вымыть посуду, поехать развеяться на уикенд, потому что пишу книгу», я просто обязана поблагодарить свою любимую подругу Эби Рейнольдс. И я обещаю тебе, что вот-вот запишусь на курсы бальных танцев.

Введение

Иногда, читая что-либо на тему биологии, мы по вполне объективным причинам приходим к мнению, что эти три буквы объясняют абсолютно все. Вот, например, лишь некоторые заявления, сделанные 26 июня 2000 года, когда исследователи объявили, что ими было завершено секвенирование генома человека[1].

Из этих цитат, как и из многих других, подобных им, казалось бы, можно сделать вывод, что после июня 2000 года исследователи заслужили право на отдых, поскольку теперь на большинство вопросов, касающихся здоровья человека и лечения заболеваний, без труда будут даны убедительные и исчерпывающие ответы. В самом деле, мы ведь получили чертеж, по которому создано человечество. И все, что нам осталось, это лишь получше разобраться в его деталях и уяснить для себя некоторые нюансы.

Увы, к сожалению, приведенные выше заявления оказались несколько преждевременными. В реальности теория разошлась с практикой.

Мы говорим о ДНК так, как будто это некий трафарет, шаблон, по которому изготавливаются запчасти для машин на автомобильном заводе. Там расплавленный металл или пластмасса тысячи раз заливаются в одну и ту же форму, и, если в этот процесс не вмешаются сторонние факторы, те же тысячи раз мы получим полностью идентичные запасные части.

Однако с ДНК дело обстоит иначе. Это скорее сценарий. Возьмем для примера «Ромео и Джульетту». В 1936 году Джордж Кукор снял фильм по этой трагедии с Лесли Ховардом и Нормой Ширер в главных ролях. Шестьдесят лет спустя Баз Лурман поставил новую версию этой же пьесы с Леонардо Ди Каприо и Клэр Дейнз. В основе обеих работ лежал сюжет Шекспира, однако эти два фильма получились совершенно разными. Одинаковый исходный материал — но различные результаты.

Именно это и происходит, когда клетки читают генетический код, хранящийся в ДНК. Один и тот же сценарий может реализоваться в разных постановках. Последствия этого для здоровья человека могут быть самыми разнообразными, в чем мы убедимся в ближайшем будущем при рассмотрении конкретных случаев. Когда мы будем анализировать их, крайне важно помнить, что с чертежом ДНК людей, о которых мы будем говорить, совершенно ничего не происходит. Их ДНК не претерпевает изменений (не мутирует) и, тем не менее их жизни кардинальным образом меняются, реагируя на факторы окружающей среды.

Одри Хепберн была одной из величайших киноактрис двадцатого столетия. Стильная, элегантная, обладавшая восхитительно утонченной, можно сказать даже нежной костной структурой, она, исполнив роль Холли Гоулайтли в «Завтраке у Тиффани», мгновенно превратилась в икону даже для тех, кто никогда не видел этот фильм. И вы наверняка удивитесь, что своей поразительной красотой она была обязана тому, что ее юность прошла в крайней нужде. В конце Второй мировой войны Одри Хепберн довелось пережить то, что позже получило название Голландской голодной зимы. Массовому голоду среди гражданского населения Голландии удалось положить конец, когда девушке было шестнадцать лет, однако последствия перенесенных испытаний, включая и слабое здоровье, оставались с ней на протяжении всей ее жизни.

Голландская голодная зима продолжалась с начала ноября 1944 года до поздней весны 1945 года. Это время года выдалось необычайно холодным в Западной Европе, многократно усугубляя бедственное положение населения, и без того до предела изнуренного четырьмя годами кровопролитной войны. Самая напряженная ситуация сложилась в Западных Нидерландах, которые на этом этапе войны продолжали находиться под контролем фашистов. Германская блокада привела к катастрофическому сокращению поставок продовольствия гражданскому населению Голландии. В течение некоторого периода времени народ выживал только чудом, ежедневно получая лишь около 30 процентов необходимого количества калорий. Людям приходилось есть траву и луковицы тюльпанов и сжигать последние остатки мебели, какие им только удавалось раздобыть, в отчаянных попытках просто выжить. Более двадцати тысяч человек погибли к тому времени, когда в мае 1945 года поставки продовольствия были возобновлены.

Однако ужасающие лишения привели к тому, что в Голландии, сформировалась целая популяция людей, представлявших огромный интерес для науки. Пережившие голодную зиму голландцы принадлежали к четко очерченным социальным группам, все они недостаточно питались лишь в один период своей жизни, временные рамки которого были общими для всех. Благодаря высокоразвитой инфраструктуре здравоохранения в Голландии и тщательному ведению документации эпидемиологи смогли проследить долгосрочные последствия влияния недоедания на женщин. Сделанные ими выводы оказались совершенно неожиданными.

Одним из первых вопросов, которыми они задались, стало выявление закономерностей в весе новорожденных детей, в течение голодной зимы пребывавших в утробе матери. Если мать хорошо питалась в период зачатия и недоедала лишь в последние несколько месяцев беременности, то ее ребенок чаще всего рождался с пониженной массой тела. С другой стороны, если мать получала недостаточное питание только в первые три месяца беременности (поскольку ее ребенок был зачат незадолго до завершения голодной зимы), а затем питалась полноценно, то вес ее новорожденного малыша в большинстве случаев соответствовал норме. Плод в утробе успевал набрать нужные граммы.

Все это представляется вполне очевидным, поскольку все мы привыкли к мысли, что обычно плод стремительно набирает в весе именно в последние несколько месяцев беременности. Но эпидемиологи имели возможность наблюдать эти группы детей на протяжении десятилетий, и обнаруженные ими результаты оказались, по меньшей мере, удивительными. Малыши, родившиеся с массой тела и ростом ниже нормы, так и оставались маленькими на протяжении всей своей жизни, при этом почти всегда не были склонны к полноте. В течение сорока с лишним лет эти люди ни в чем не нуждались и не испытывали недостатка в питании, однако их организмы так и не смогли преодолеть последствий недоедания в период младенчества. Почему так случилось? Почему этот опыт младенческих лет продолжает десятилетиями оказывать влияние на этих людей? Почему они не могут вернуться к норме, если среда, в которой они живут, уже не накладывает на них никаких ограничений?

Еще более неожиданным представляется то, что некоторые из этих явлений проявляются и у детей такой группы, как у внуков и внучек женщин, которые недостаточно питались в течение первых трех месяцев беременности. Значит, нечто, случившееся в период беременности женщин одного поколения, продолжает оказывать влияние на детей их детей. Отсюда вытекает действительно интересный вопрос о том, каким образом эти эффекты передаются следующим поколениям.

Давайте поговорим еще на одну тему. Шизофрения — тяжелое психическое заболевание, которое, если оставить его без врачебного вмешательства, способно целиком поглотить страдающего им человека и привести к полной утрате им собственной личности. Больным шизофренией свойственны самые разнообразные симптомы, включая бред, галлюцинации и серьезные затруднения в процессе мыслительной деятельности. Больные шизофренией часто оказываются абсолютно неспособными провести четкую грань между реальным миром и собственными галлюцинациями, порожденными их воображаемой реальностью. Ими утрачены нормальные познавательные, эмоциональные и социальные реакции. Бытует широко распространенное, но совершенно не соответствующее действительности мнение, что больные шизофренией люди обычно жестоки и опасны. Подавляющему большинству больных насилие абсолютно не свойственно, и люди, которым были нанесен какой-то ущерб от контакта с этими больными, сами были пациентами психиатрических учреждений. Больные шизофренией в пятьдесят раз чаще здоровых людей совершают попытки самоубийства[2].

Как это ни печально, но шизофрения — весьма распространенное заболевание. В большинстве стран и культур ею поражено от 0,5 до 1 процента населения, а это означает, что сейчас на нашей планете живет свыше пятидесяти миллионов человек, страдающих этим тяжелым недугом. С некоторых пор ученым известно, что генетика играет важную роль в склонности человек к этому заболеванию. Мы знаем это на основании такого факта как, что если один из двух однояйцевых близнецов страдает шизофренией, то вероятность заболевания ею и вторым близнецом составляет пятьдесят процентов. Для него эта опасность существенно выше, чем однопроцентная средняя в мире.

Однояйцевые близнецы обладают совершенно идентичным генетическим кодом. Они вынашиваются в одной утробе и обычно воспитываются в аналогичных условиях. Помня об этом, мы не слишком удивляемся тому, что шансы заболеть шизофренией у человека, однояйцевый близнец которого уже страдает этим недугом, весьма высоки. Более того, нам следовало бы задуматься, почему они не еще выше. Почему они не равны 100 процентам? Как могут два на первый взгляд идентичных человека настолько отличаться друг от друга? Один из них страдает ужасным психическим заболеванием— но ждет ли такая же плачевная участь его однояйцевого близнеца? Подбросьте монетку: выпадет орел — они выиграли, решка — проиграли. Различия в окружающей среде едва ли стоит принимать во внимание, но даже если мы будем их учитывать, то каким образом ее влияние может привести к столь различным последствиям в жизни двух генетически полностью идентичных людей?

А вот третья история для размышления. Маленький ребенок, которому не исполнилось еще и трех лет, подвергается жестокому обращению со стороны родителей, или же, в лучшем случае, оказывается предоставленным сам себе. В конце концов, в ситуацию вмешивается государство, ребенка забирают у биологических родителей и отдают на воспитание приемным родителям или усыновителям. Те души в нем не чают, окружают своего нового ребенка нежностью и лаской и делают все от них зависящее, чтобы он почувствовал себя любимым и желанным. Ребенок остается в новой семье на протяжении всего детства, отрочества и юности.

Иногда жизнь такого человека складывается вполне благополучно. Он вырастает счастливой, полноценной личностью, ничем не отличающейся от своих сверстников, воспитывавшихся в нормальных, любящих семьях. Но очень часто, как это ни прискорбно, подобная схема не срабатывает. Дети, пережившие в раннем возрасте безразличие или насилие со стороны родителей, во взрослом периоде своей жизни оказываются в значительно большей степени, по сравнению со средними показателями, подвержены психическим расстройствам. Слишком часто такие дети, став взрослыми, проявляют предрасположенность к депрессиям, членовредительству, наркомании и самоубийствам.

И опять мы вынуждены задать себе вопрос, почему так происходит. Почему настолько сложно преодолеть последствия безразличного или жестокого обращения, испытанного в раннем детстве? Почему какие-то события, случившиеся на самой заре жизни, оказывают свое влияние на психическое здоровье человека, которое может проявиться десятилетия спустя? В некоторых случаях взрослый человек может не сохранить даже обрывков воспоминаний о происшествиях, ставших причиной его душевной травмы, однако на протяжении всей своей жизни он продолжает ощущать их последствия на психическом и эмоциональном уровне.

Эти три примера на первый взгляд не имеют между собой ничего общего. Первый из них связан, главным образом, с питанием матери и «кормлением» еще не родившегося ребенка. Во втором говорится о различиях, проявляющихся у генетически идентичных индивидуумов. В третьей истории рассказывается об ущербе, который может быть нанесен взрослому человеку насильственным обращением с ним в глубоком детстве.

Однако все три примера тесно переплетены между собой на самом глубинном биологическом уровне. Все они находят свое объяснение с позиций эпигенетики. Эпигенетика — это новая дисциплина, производящая революцию в биологии. Если два генетически идентичных человека оказываются не идентичными по некоторым параметрам, которые мы можем проанализировать, то это и есть эпигенетика. Когда изменения в окружающей среде приводят к биологическим последствиям, продолжающимся долгое время после того, как само вызвавшее их событие давно кануло в Лету, то мы наблюдаем эпигенетические результаты в действии.

Эпигенетические явления присутствуют в нашей жизни повсеместно, и мы постоянно сталкиваемся с ними. Ученые наблюдают многочисленные проявления эпигенетики, подобные тем, что описаны выше, на протяжении многих лет. Когда исследователи говорят об эпигенетике, они подразумевают все те случаи, при которых только лишь генетическим кодом невозможно объяснить то, что происходит, — наряду с ним должен существовать некий дополнительный фактор.

[1] For these and many others, see http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/807126.stm

[2] A useful starting point for descriptions of the symptoms of schizophrenia, its effects on patients and their families, and relevant statistics is www.schizophrenia.com