Эпигенетика

Что общего имеют между собой пол рыбы-клоуна и распространение обычной простуды? Вопрос может показаться странным, но то и другое представляет собой примеры эпигенетического явления, запускаемого социальным поведением. То и другое определяется одновременно биологией и влиянием окружающих. Эпигенетика занимается изучением механизмов взаимодействия среды и генов — того, как сотрудничают природа и воспитание.

Эпигенетика дает ответы на обычные вопросы, которые время от времени возникают у каждого из нас. Рождаемся ли мы безумными, дурными или унылыми — или нашу личность определяют жизненные события? Почему наши дети такие разные, если мы стараемся относиться к ним одинаково? Без ответов на эти вопросы невозможно понять, как лучше всего строить общество, в котором мы хотели бы жить. Часто его формируют и управляют им законы и политика правительства. Ответы, которые люди предпочитают давать на эти вопросы, исходят из глубоких личных убеждений и отражают политические воззрения человека на роль личности в обществе. Однако эпигенетика предлагает новый взгляд на развитие человека, в котором биология сочетается с личным опытом.

Как мы уже отмечали, гены представляют собой цепочки ДНК-молекул, которые можно найти в каждой живой клетке; именно они командуют клетке, чем ей нужно стать. Делают они это посредством сборки белков из аминокислот, которые, в свою очередь, представляют собой комбинацию атомов углерода, водорода, кислорода и азота. В каждой клетке тела есть тысячи белков, а ДНК, регулируя производство белков, определяет, к какому типу принадлежит клетка и как она работает. Гены подобны книгам в библиотеке; они содержат информацию, которую, чтобы строить белки, необходимо прочесть или расшифровать. Белки командуют клетке стать какой-то конкретной клеткой, к примеру волосяной луковицей или нейроном. Это, конечно, очень упрощенное описание, и генетические механизмы этим не ограничиваются, но для нашего рассказа достаточно знать, что гены подобны последовательностям компьютерного кода в клетке и управляют ее деятельностью.

Гены строят человеческий организм, а человек — очень сложное животное. Каждое тело состоит из триллионов клеток, и первоначально считалось, что у человека должно быть значительное число генов, в которых могла бы храниться информация обо всех различных вариантах организации клеток тела. В 1990 г. ученые, работавшие над расшифровкой человеческого генома, начали наносить всю последовательность генов нашего вида на единую схему при помощи сложных технологий, позволяющих компьютерам читать генетические последовательности как строки кода. Очень скоро выяснилось, что первоначальные оценки в 100 тыс. генов были ошибочными. Хотя работы по проекту продолжаются до сих пор, окончательный подсчет дает для человека всего лишь 20,5 тыс. генов. Это число тоже может показаться немаленьким, но если вспомнить, что скромная плодовая мушка дрозофила имеет 15 тыс. генов, то генетическая оснащенность человека будет выглядеть даже не скромной, а попросту ничтожной. Мало того, у куда более простых созданий вроде банана или довольно-таки неприятного круглого глиста генов больше, чем у человека; наконец, наибольшее и наименьшее количество генов мы находим у возбудителей болезней, передаваемых половым путем, — у trichomonas vaginalis их 60 тыс., а у mycoplasma genitalis — 517.

Так что число генов не отражает реальной сложности организма. Причина, по которой мы настолько переоценивали количество генов в организме человека, заключается в том, что тогда роль эпигенетики еще не была до конца осознана. Более того, оказывается, что в тех немногих генах, что у нас имеются, зашифровано больше информации, чем нам может понадобиться. Судя по всему, лишь 2 % генов связаны со строительством белков. Эта информация активируется только тогда, когда происходит экспрессия гена, и генетики теперь понимают, что экспрессируется лишь небольшая часть генов. Можно сказать, что экспрессия гена — исключение, а не правило. Причина в том, что гены представляют собой последовательность команд «если — то», а активирует их опыт человека. Опыт действует через множество механизмов, но, как правило, выключается ген при помощи генетического метилирования; считается, что оно играет также решающую роль в долговременных изменениях, определяющих наше развитие. Представьте себе гены как книги в библиотеке, где библиотека — это весь геном. Каждый ген можно прочесть и построить на его основе белок. Метилирование немного похоже на убирание книги в библиотеке из пределов досягаемости, чтобы инструкции по производству белков невозможно было прочесть, или на блокирование доступа к книжному шкафу.

Возможно, ДНК указывает клеткам, как они должны формироваться и организовываться, чтобы построить человеческое тело, но эти инструкции «звучат» в среде, которая производит настройку и регулирует их исполнение. К примеру, африканская бабочка bicyclus anyana бывает двух видов — яркая цветная или серая, в зависимости от того, когда она выходит из куколки, в сухой сезон или в дождливый. Гены заранее этого не знают, поэтому среда попросту включает нужные.

Иногда переключение генов происходит по социальным причинам. У многих рыб социальная среда может играть фундаментальную роль в определении того, как должны действовать гены, вплоть до изменения пола. Рыба-клоун живет социальными группами, возглавляемыми одной из самок. В мультфильме «В поисках Немо» компания Pixar не стала рассказывать зрителям, что рыба-клоун способна на транссексуальность. Когда доминантная самка в косяке умирает, главный самец меняет пол и занимает вакантное место. Или возьмем скромного кузнечика. Когда численность популяции кузнечиков достигает критической отметки, они меняют цвет, увеличиваются в размерах, собираются в стаи и становятся социально чувствительными к другим видам саранчи. Трансформация каждого отдельного кузнечика запускается количеством физических контактов с себе подобными.

Социальная среда запускает метаморфозы у множества разных видов, но есть ли доказательства того, что социальная среда аналогичным образом регулирует экспрессию генов и у человека? Разобраться в этом вопросе помогает обычная простуда. Социальная среда не только повышает нашу восприимчивость к простуде, но и влияет на то, как мы с ней боремся. Простуда чаще встречается в зимние месяцы не потому, что на улице холодно (как обычно считается), а благодаря передаче вируса от человека к человеку. Одной из причин широкого распространения вируса в зимнее время может служить тот факт, что зимой, когда на улице рано темнеет, мы чаще собираемся тесными группами, и вирус получает возможность переходить от человека к человеку. Вирусы — это маленькие кусочки ДНК, включающие 10–100 генов; они проникают в клетки и перехватывают управление производством белков, заставляя клетку выпускать копии вируса в больших количествах. По мере размножения вируса нормальное функционирование клеток, а затем и всего организма оказывается под угрозой. Однако способность вируса экспрессировать и копировать собственную ДНК регулируется реакцией нашего организма на социальный стресс.

Давно известно, что социальный стресс и изоляция действует на вирусные инфекции; именно поэтому при простуде наряду с куриным бульоном так полезны внимание и забота близких. Все это звучит как банальные доводы здравого смысла, но на самом деле эта народная мудрость отражает растущее понимание роли социальных факторов в развитии болезни. Анализ ДНК лейкоцитов, или белых кровяных телец, одиноких взрослых показал другой уровень экспрессии генов, чем в клетках неодиноких людей. Так, гены одиночек, ответственные за производство антител к инфекциям, были подавлены, а иммунный ответ, соответственно, снижен и менее эффективен. Возможно, именно этим объясняется тот факт, что одинокие люди чаще болеют. Замечательно при этом, что разница в экспрессии генов обнаруживается только у тех, кто сам ощущает себя одиноким, и не имеет отношения к реальному количеству социальных контактов. Даже самый популярный человек может чувствовать себя абсолютно одиноким в толпе, и в данном случае его ощущения важнее, чем размер круга социальных контактов.

Если социальные факторы способны регулировать экспрессию вирусных генов, то наш собственный набор из примерно 20 тыс. генов, скорее всего, тоже регулируется социальными факторами в биологически значимых масштабах. А значит, способность человека справиться с болезнью определяется не только биологическими, но и психологическими факторами.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.