Текст книги "Фокус на жизнь. Научный подход к продлению молодости и сохранению здоровья"

Глава 2. Эпигенетика: Нам дана власть, о которой мы и не предполагали

Знание о том, что мы можем управлять своими генами, положило начало революционному научному направлению – эпигенетике, которая обещает перевернуть нашу жизнь и жизнь наших потомков. Она уже оказывает сильное влияние на медицину: помогает специалистам разрабатывать новые препараты и терапевтические методики. Она учит, как мы, меняя свой образ жизни и мышление, можем дирижировать собственным геномом, показывает, как те или иные привычки отражаются на нас и наших детях, как здоровый образ жизни продлевает нашу жизнь и жизнь будущих поколений. Мы имеем власть, о которой даже не предполагали.

ВТОРОЙ КОД

Эпигенетика (греч. επι – над-, сверху) – близкая родственница генетики. Она изучает так называемый эпигеном – структуру, которая находится как будто «над геномом», наделяет индивидуальностью каждую клетку и содержит инструкции по тому, какие белки должны быть реализованы. Эпигенетические изменения закрепляются в ДНК в виде меток, а новый профиль экспрессии генов передается от клетки к клетке при делении[28]28
  Шпорк П. Читая между строк ДНК. Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем. ООО «Издательство Ломоносовъ», 2013. С. 13.


[Закрыть].

Немецкий нейрофизиолог и популяризатор науки Петер Шпорк в своей книге «Читая между строк ДНК» называет эпигеном вторым кодом человека. И неспроста: если первый код – наша неизменная последовательность ДНК – генетическая программа, которая сообщает организму, какие молекулы он может синтезировать, то второй код – эпигенетическая программа – сообщает ему, где, когда и какие конкретно молекулы должны быть синтезированы.

Эпигеном – то самое связующее звено между окружающим миром и генами. «Это язык, посредством которого геном общается с внешней средой», – говорит молекулярный биолог Рудольф Йениш. И продолжает: «Все геномы ваших клеток одинаковы. Изучив один, вы поймете все. Но у каждого человека есть тысячи разных эпигеномов»[29]29
  Там же. С. 16.


[Закрыть]. Это делает эпигенетику очень сложной наукой, но тем интереснее: количество научных публикаций по эпигенетике с каждым годом растет в геометрической прогрессии, к тому же полным ходом развивается проект Human Epigenome Project по изучению всего разнообразия эпигеномов. Если ученым удастся создать хотя бы приблизительную картотеку всех возможных схем метилирования ДНК, то у них появится шанс лечить даже самые сложные заболевания. Почему приблизительную? Да потому, что эпигеном изменчив: на протяжении жизни человека он динамично реагирует на сигналы внешней среды, поэтому может и не иметь конечной цифры[30]30
  Abbott A. Project set to map marks on genome. Nature 463, 596–597 (2010). doi: 10.1038/463596b.


[Закрыть].

Проще всего понять, насколько велико эпигенетическое влияние на человека, можно на примере однояйцевых близнецов, которые на момент рождения имеют идентичную ДНК. Если принять идею генетической предрасположенности (т. е. все болезни имели бы генетическую природу), то у близнецов была бы совершенно одинаковая экспрессия генов – это значит, что они страдали бы от одних и тех же заболеваний, протекающих всегда в одной и той же форме. Однако известно, что у одного из них может вовсе не проявиться заболевание, а вот у другого, напротив, возникнут симптомы.

Подтверждает этот вывод исследование, которое провели эксперты из Национального онкологического центра в Мадриде (Испания)[31]31
  Fraga M. F., Ballestar E., Paz M. F., Ropero S., Setien F., Ballestar M. L., Heine-Suñer D., Cigudosa J. C., Urioste M., Benitez J., Boix-Chornet M., Sanchez-Aguilera A., Ling C., Carlsson E., Poulsen P., Vaag A., Stephan Z., Spector T. D., Wu Y. Z., Plass C., … Esteller, M. (2005). Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102(30), 10604–10609. doi: 10.1073/pnas.0500398102.


[Закрыть]. Они изучили 40 пар однояйцевых близнецов в возрасте от трех до 74 лет. Как оказалось, в юном возрасте, когда близнецы жили вместе, ходили в одну и ту же школу, ели примерно одинаковую пищу, их эпигеномы были очень похожи. Но чем старше они становились, тем больше находилось различий. С трех до 50 лет эта разница увеличилась в четыре раза.

Дело в том, что, несмотря на изначально идентичную ДНК, близнецы с возрастом стали вести неодинаковый образ жизни, подвергать себя разным внешним воздействиям, увлекаться различными вещами – все это сказалось на том, что их гены проявили себя по-разному.

Так происходит и с нами: стоит только изменить стиль жизни в ту или иную сторону – сразу запустится цепочка биохимических изменений на эпигенетическом уровне, которые могут как навредить, так и принести пользу, как испортить здоровье, так и продлить жизнь.

Второй код позволяет нам осмысленно управлять нашей наследственностью. Таким образом, судьба находится не в генах, а в наших собственных руках.

ЧТО МЫ В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ МОЖЕМ ПЕРЕДАТЬ ПО НАСЛЕДСТВУ?

Почти у каждого есть страхи или фобии. А чего боитесь вы? Быть может, пауков или замкнутых пространств, крови или числа 13? Вспомните, чего боятся ваши дети или родители? Похожи ли их страхи на ваши?

От следующей фобии вы вряд ли страдаете. В одном эксперименте Эморийского университета (США) ученые научили мышей бояться запаха ацетофенона, похожего на аромат цветущей вишни[32]32
  Dias B., Ressler K. Parental olfactory experience influences behavior and neural structure in subsequent generations. Nat Neurosci 17, 89–96 (2014). doi: 10.1038/nn.3594.


[Закрыть]. Когда по клетке распространялся запах, грызуны получали небольшой удар током. Из-за этого они начали испытывать страх, едва учуяв ацетофенон. Через некоторое время мыши дали потомство. Оказалось, что их детеныши точно так же реагировали на запах. И следующее за ними потомство тоже боялось аромата вишни. Целых три поколения.

Как потом показало вскрытие, у мышей в генах рецепторов, отвечающих за восприятие запаха, наблюдался измененный профиль метилирования, который влиял на экспрессию генов. Иными словами, «текст» из нуклеотидов не изменился – поменялась лишь активность генов. Эту схему родители передали своему потомству. Страх по наследству!

Речь идет о так называемом эпигенетическом наследовании – передаче приобретенных признаков, обусловленных не мутациями генов, а изменением их активности. Представьте только: еще недавно, в XX веке, говорить о наследовании таких признаков было настоящей крамолой[33]33
  Животовский Л. А. Наследование приобретенных признаков: Ламарк был прав. // Химия и жизнь, 2003, № 4, С. 22–26.


[Закрыть]. Традиционно считалось, что при половом размножении гены передаются как последовательность, а особенности их работы каждый раз определяются индивидуально. Но теперь-то мы знаем, что это не так.

Все, что мы потребляем, чем дышим, о чем переживаем, сказывается на активности наших генов, а также генов детей и даже внуков. Метки на ДНК, которые возникают в ответ на стимулы внешней (для клетки) среды, могут остаться в семье на протяжении нескольких поколений. Так, гормоны, нутриенты матери, ее психологическое состояние могут отразиться на работе генов будущего ребенка. То же самое происходит и с отцами: стрессы, стиль жизни, приверженность вредным привычкам способны повлиять на то, как будут функционировать молекулы, «дирижирующие» работой генов его детей. Курильщикам, чрезмерно тревожным людям, любителям жирной или сладкой пищи, а также всем, кто ведет неправильный образ жизни, стоит задуматься о том, что они вредят не только себе, но и здоровью еще не родившихся детей и внуков.

Открытия эпигенетики, в частности эпигенетического наследования, во многом сделаны в результате экспериментов с животными. Все дело в том, что у исследователей не было возможности отследить это явление на нескольких поколениях людей (эпигенетика выделилась в самостоятельное направление лишь в начале XXI века), поэтому так много опытов на круглых червях, плодовых мушках и грызунах и так мало на человеке. И все же ученые настаивают: полученные результаты можно применить к людям: во-первых, наши структуры ДНК очень похожи, а во-вторых, речь идет о базовых, фундаментальных процессах, протекающих в клетках.

Теперь, когда стало ясно, что такое эпигеном и как в действительности работают наши гены, стоит выяснить, как применить эти знания на практике, чтобы разбудить потенциал долгой жизни и добиться положительных изменений в максимально короткие сроки. Ведь на нас лежит ответственность не только за себя, но и за жизнь и здоровье будущих поколений.

Глава 3. «Включаем» правильные гены!

Итак, мы теперь знаем, что разнообразные внешние факторы и факторы нашей собственной внутренней среды нажимают на «кнопки» эпигенетических изменений, запуская цепочку биохимических процессов в теле. Хотя эти процессы протекают внутри, все же мы можем увидеть эффект этих изменений прямо в зеркале. И долго ждать не придется.

Рассмотрим один случай. В 2008 году под руководством доктора медицины Дина Орниша из Калифорнийского университета в Сан-Франциско проводился эксперимент с участием 31 мужчины с медленно прогрессирующим раком предстательной железы[34]34
  Ornish D., Magbanua M. J., Weidner G., Weinberg V., Kemp C., Green C., Mattie M. D., Marlin R., Simko J., Shinohara K., Haqq C. M., & Carroll P. R. (2008). Changes in prostate gene expression in men undergoing an intensive nutrition and lifestyle intervention. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105(24), 8369–8374. doi: 10.1073/pnas.0803080105.


[Закрыть]. Ученые решили пересмотреть образ жизни своих пациентов и составили для них новую программу жизни, рассчитанную на три месяца. В течение этого периода участники следовали особой растительной диете с низким содержанием жира, ели много цельнозерновых продуктов и отдельно получали долю соевого белка, рыбьего жира, витаминов Е и С, селена. К тому же каждый день в течение 60 мин. они занимались одной из практик управления стрессом (йогой, растяжкой, медитацией, визуализацией, дыхательными упражнениями или релаксацией), а также аэробикой, включающей 30 мин. ходьбы. До и после эксперимента специалисты измеряли окружность талии пациентов, их вес, артериальное давление, липидный профиль, уровень С-реактивного белка (маркера воспаления), а также проводили генетический анализ.

Оказалось, что за это время (всего лишь 3 месяца!) участники смогли изменить экспрессию более пятисот генов: «включить» 48 генов, связанных с подавлением роста опухоли, и «выключить» 453 гена, связанных с разрастанием опухоли. Кроме того, мужчины избавились от «пивных животов», снизили давление, привели в норму липидный обмен.

Эти результаты означают, что пациенты не просто замедлили течение заболевания, но и запустили программу самоисцеления. И для этого понадобилось всего-то изменить рацион питания и ввести в свою жизнь физические и духовные практики. С тех пор новейшие исследования подтверждают этот вывод: благодаря здоровому образу жизни можно изменить активность не сотен, а тысяч генов. Разберемся, какие эпигенетические стимулы могут принести нам здоровье, молодость и дополнительные годы жизни, а от каких лучше воздержаться.

СРЕДА ОБИТАНИЯ И ЭПИГЕНОМ

Современный человек преимущественно городской. Он живет в душной бетонной коробке, часто пользуется транспортом, рядом с его жильем мало зеленых парков, зато есть большая автомагистраль и, как правило, работающий завод. Каждый день он дышит парами городской деятельности и подвергает себя воздействию мелких твердых частиц и разнообразных газов, загрязняющих воздух.

Печально, но даже кратковременное воздействие грязного воздуха способно повлиять на гены. В 2020 году было проведено исследование, в котором австралийские ученые из Университета Монаша в Мельбурне проанализировали информацию о качестве воздуха в городе Брисбен и его окрестностях за 10 лет, а затем сопоставили ее с генетическими данными, полученными из образцов крови 266 пар близнецов, местных жителей[35]35
  Madaniyazi L., Li S., Li S., Guo Y. Candidate gene expression in response to low-level air pollution. Environ Int. 2020 Jul; 140:105610. doi: 10.1016/j.envint.2020.105610. Epub 2020 Apr 2. PMID: 32248990.


[Закрыть]. Выяснилось, что загрязнение воздуха изменяло профиль метилирования по крайней мере шести генов, связанных с окислительным стрессом и воспалением – маркерами развития опасных сердечно-сосудистых, респираторных и онкологических заболеваний. Причем большинство изменений было обнаружено уже через семь дней воздействия. Что примечательно, даже низкие уровни загрязнения воздуха отрицательно сказывались на активности генов и в долгосрочной перспективе повышали риск болезней.

Чистый воздух в городской среде кажется мечтой, недостижимой целью, и по большей части это задача правительства: свести уровень загрязнения к минимуму. Однако, пока власти решают этот вопрос, мы вполне можем самостоятельно обезопасить себя, свои гены и гены собственных детей от влияния вредных выхлопов и других ядовитых смесей, если будем закрывать на ночь окна и пользоваться устройствами для очищения воздуха.

Загрязнение – еще не все, что может активировать нежелательные гены. И другие природные, экологические, социальные, экономические факторы окружающей нас среды: например, неблагоприятные изменения климата, инфекционные болезни, регулярные контакты с химическими веществами, неблагополучные условия проживания, воспитание, нелюбовь родителей и т. д. – все это может управлять эпигеномом и оказывать влияние на нашу физиологию, самочувствие, поведение.

В частности, ученые уже выделили несколько токсинов, которые оставляют на нашей ДНК эпигенетические метки. Среди них – бисфенолы, содержащиеся в пластике и эпоксидных смолах, фталаты, входящие в состав виниловых напольных покрытий, перфторхимикаты, использующиеся для создания антипригарного покрытия на посуде, антипирены, пестициды, гербициды, соли тяжелых металлов. Эксперименты показали, что воздействие фталатами на беременную самку мыши снижало производство тестостерона у детенышей – самцов, из-за чего у тех не развивались яички[36]36
  Wu S., Zhu J., Li Y., et al. Dynamic effect of di-2-(ethylhexyl) phthalate on testicular toxicity: epigenetic changes and their impact on gene expression. Int J Toxicol. 2010;29(2):193–200. doi: 10.1177/1091581809355488.


[Закрыть], а контакты крысы-матери с пестицидом винклозолином вызывали у потомства мужского пола проблемы с качеством и количеством сперматозоидов[37]37
  Anway M. D., Cupp A. S., Uzumcu M., Skinner M. K. Epigenetic transgenerational actions of endocrine disruptors and male fertility [published correction appears in Science. 2010 May 7;328(5979):690]. Science. 2005;308(5727):1466–1469. doi: 10.1126/science.1108190.


[Закрыть].

На гены влияет место, в котором живет и растет ребенок. Американские исследователи из Дюкского и Калифорнийского университетов вместе с британскими коллегами из Эксетерского университета провели долгосрочное наблюдение почти за 2000 детей, которые росли в разных социально-экономических условиях[38]38
  Reuben A., Sugden K., Arseneault L., et al. Association of Neighborhood Disadvantage in Childhood with DNA Methylation in Young Adulthood. JAMA Netw Open. 2020;3(6): e206095. doi: 10.1001/jamanetworkopen.2020.6095.


[Закрыть]. Оказалось, что у ребят, которые жили в районах с большей экономической депривацией, более высоким уровнем социального неблагополучия и высокой степенью опасности для жизни, появились отрицательные изменения в метилировании ДНК: «включились» в работу гены, связанные с воздействием табака, развитием воспаления и рака легких. Хотя эти дети, на первый взгляд, физически ничем не отличались от сверстников, которые жили в более комфортных условиях, они не курили и не демонстрировали явных признаков воспаления. Невероятно, но так сказалась на генах неблагополучная обстановка, из-за которой у детей повысилась вероятность развития опасных заболеваний в будущем.

Еще одна серия экспериментов, которую провел канадский ученый доктор Моше Циф из Университета Макгилла в Монреале, показала, как гены реагируют на родительскую заботу[39]39
  Weaver I. C. G., Meaney M. J., Szyf M. Maternal care effects on the hippocampal transcriptome and anxiety-mediated behaviors in the offspring that are reversible in adulthood. PNAS Feb 2006, 103 (9) 3480–3485. doi: 10.1073/pnas.0507526103.


[Закрыть]. Долгое время он наблюдал за отношениями между самками крыс и их потомством и увидел, что детеныши, которым матери постоянно уделяли внимание, которых часто вылизывали и ласкали, выросли менее пугливыми и лучше адаптировались к внешним условиям, чем крысята, недополучившие материнской заботы. По мере взросления животные демонстрировали такое же поведение, что и матери, и порождали такие же эпигенетические изменения у следующего поколения.

Оказалось, что у детенышей, получавших родительскую заботу, была более выражена экспрессия гена, притупляющего реакцию на стресс, что делало их менее тревожными. В результате анализа ученые определили в общей сложности около 900 генов, реагирующих на заботу родителей. Мы понимаем на интуитивном уровне, насколько важно заботиться о своих детях, однако осознавали ли мы, как забота влияет на здоровье ребенка в дальнейшем?

Гены и среда работают вместе. Каждый сигнал, поступающий извне, гены ловят и читают как инструкцию, выстраивают ход работы в соответствии с ним, меняют свою функцию. Самое важное, что стоит уяснить: меняя среду вокруг себя, мы можем повлиять на собственную ДНК.

ЕДА И ЭПИГЕНОМ: ТО, ЧТО МЫ ЕДИМ, ОТРАЗИТСЯ НА ПОТОМКАХ

Среди эпигенетических факторов, активирующих и подавляющих работу генов, важнейшая роль принадлежит питанию. Проведено большое количество исследований, которые показали, что питание не только влияет на гены, но и отражается на здоровье наших потомков. Переедание и голодание, избыток одних продуктов и дефицит других – все это оставляет «зарубки» на нашем «генетическом древе». Это мощные рычаги управления здоровьем.

Исследование о связи питания и генов, проведенное специалистами из Дюкского университета в 2003 году, стало уже хрестоматийным[40]40
  Waterland R. A., Jirtle R. L. (2003). Transposable elements: targets for early nutritional effects on epigenetic gene regulation. Molecular and cellular biology, 23(15), 5293–5300. doi: 10.1128/mcb.23.15.5293–5300.2003.


[Закрыть]. Тогда объектами изучения стали мыши, у которых была выражена экспрессия гена агути. Из-за него у грызунов был специфичный окрас желтого цвета, склонность к перееданию и ожирению, развитию рака и диабета, а также повышенный риск преждевременной смерти. У потомства, которое они производили, тоже была предрасположенность к заболеваниям, как и у родителей. Однако в новом эксперименте самок мышей агути незадолго до спаривания посадили на особую диету: их рацион был богат фолиевой кислотой, витамином В₁₂, а также аминокислотами холином и метионином. Так они питались на всем протяжении периодов беременности и кормления. В результате большинство детенышей появилось на свет с обычной окраской и здоровыми обменными процессами. Более того, у детей, внуков и еще нескольких поколений мышей была подавлена экспрессия гена агути, хотя они придерживались стандартного рациона.

Эти данные важны и для человека. Ученые обращают внимание, что дефицит фолиевой кислоты, витамина В₁₂ (который характерен для вегетарианцев) во время беременности приводит к нарушению процессов метилирования. Из-за этого на разных этапах развития эмбриона могут возникать нарушения, которые имеют все шансы проявиться не только у данного ребенка, но и у его детей, внуков и правнуков.

На активацию и подавление работы генов оказывает влияние не только питание, но и его отсутствие – голод. Во второй половине ХХ – начале ХХI века ученые провели целый ряд исследований, участниками которого стали люди, испытавшие голод в утробе матери[41]41
  Lumey L. H., Stein A. D., Kahn H. S., van der Pal-de Bruin K. M., Blauw G. J., Zybert P. A., Susser E. S. Cohort Profile: The Dutch Hunger Winter Families Study, International Journal of Epidemiology, Volume 36, Issue 6, December 2007, Pages 1196–1204. doi: 10.1093/ije/dym126.


[Закрыть]. Речь идет о Голодной зиме в Нидерландах, когда в период с ноября 1944 по май 1945 года были прекращены поставки продовольствия. Калорийность дневного рациона жителей страны в начале Hongerwinter (нидерл.) составляла около 1000 ккал в сутки, а весной 1944 года снизилась до 500 ккал.

Спустя десятилетия ученые заинтересовались влиянием голода на здоровье детей, рождавшихся на протяжении периода лишений и еще нескольких месяцев после его окончания. Оказалось, что дети, перенесшие внутриутробное голодание в первые два триместра беременности, чаще всего рождались с нормальной массой тела. А вот снижение калорийности материнского рациона в последнем триместре откликнулось недостаточной массой тела младенца при рождении: средний дефицит веса составлял 300 г.

Голодание на ранней стадии внутриутробного развития все же сказалось на здоровье детей, но в перспективе[42]42
  Ravelli G-P., Stein Z. A., Susser M. W. Obesity in Young Men after Famine Exposure in Utero and Early Infancy. N Engl J Med 1976; 295:349–353. Doi: 10.1056/NEJM197608122950701.


[Закрыть]. Исследование 1976 года показало, что у мужчин к 20 годам чаще развивалось ожирение, чем у их сверстников. Ученые объяснили это нарушениями гормональной регуляции. По мнению специалистов, недостаток питательных веществ влияет на созревание гипоталамических центров, регулирующих потребление пищи и процессы роста.

В 2008 году было проведено новое исследование, и в фокусе внимания специалистов тогда оказался ген IGF2, отвечающий за выработку инсулиноподобного фактора роста 2[43]43
  Heijmans B. T., Tobi E. W., Stein A. D., Putter H., Blauw G. J., Susser E. S., Slagboom P. E., Lumey L. H. (2008). Persistent epigenetic differences associated with prenatal exposure to famine in humans. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105(44), 17046–17049. doi: 10.1073/pnas.0806560105.


[Закрыть]. Этот участок генома, имеющий важнейшее значение в регуляции процессов роста, развития, метаболизма, считается наиболее подверженным действию эпигенетических факторов. Вот что обнаружилось: у «детей голода» по сравнению с их братьями и сестрами, не испытавшими внутриутробный голод, было низкое метилирование, то есть меньшее число участков в области расположения гена IGF2 содержало метильные метки. Причем подобные эпигенетические изменения обнаруживались лишь у тех, кто перенес голод на ранних стадиях внутриутробного развития, когда изменение процессов метилирования оказывает выраженное влияние на процесс развития плода.

В 2013 году другое исследование показало, что внуки женщин, чьи дети внутриутробно подверглись воздействию недоедания во время Голодной зимы, имели более высокий индекс массы тела, чем внуки людей, родившихся незадолго до голода и вскоре после него[44]44
  Veenendaal M. V. E., Painter R. C., de Rooij S. R., Bossuyt P. M. M., van der Post J. A. M., Gluckman P. D., Hanson M. A., Roseboom T. J. Transgenerational effects of prenatal exposure to the 1944–45 Dutch famine. BJOG. 2013 Apr;120(5):548–53. doi: 10.1111/1471–0528.12136.


[Закрыть]. Таким образом, эпигенетические изменения, связанные с внутриутробным голоданием, не ограничиваются одним поколением.

Кажется, что еда всего лишь источник энергии и веществ, необходимых для построения наших клеток. Однако сегодня стало очевидно, что ее воздействие на организм человека значительно сильнее. Рацион влияет на то, будет информация, зашифрованная в генах, проявлена в нашем теле, или заблокирована. Эпигенетические аспекты влияния питания будут изучаться, однако уже не вызывает сомнений тот факт, что при помощи грамотно сформированного рациона мы можем противостоять многим болезням, в том числе диабету, раку, ожирению, гипертонии и болезни Альцгеймера, причем не только у себя, но и у своих потомков.

ВРЕДНЫЕ ПРИВЫЧКИ ВРЕДЯТ ВАШИМ НЕЗАЧАТЫМ ДЕТЯМ!

Итак, мы поняли, что гены реагируют на любые сигналы, которые мы им посылаем. Все, что мы потребляем, все, чем дышим, сказывается на активности наших генов и генов наших детей и внуков. Так и вредные привычки: алкоголь, табак и наркотики – запускают целый ряд негативных изменений на эпигенетическом уровне, которые передаются последующим поколениям.

Курение и гены. С каждым годом становится все больше исследований о том, как курение сказывается на эпигенетическом состоянии ДНК человека. Международная группа специалистов провела метаанализ 16 работ, охвативших данные около 16 000 людей, среди которых были курильщики, люди, бросившие эту вредную привычку, а также те, кто не курил никогда[45]45
  Joehanes R., Just A. C., Marioni R. E., et al. Epigenetic Signatures of Cigarette Smoking. Circ Cardiovasc Genet. 2016;9(5):436–447. doi: 10.1161/CIRCGENETICS.116.001506.


[Закрыть]. Оказалось, что курение меняет активность более чем 7000 генов! Если человек бросил курить, то большая часть этих изменений сходит на нет в течение 5 лет – возвращается к исходному «докурящему» виду. Но есть и такие участки в ДНК, которые спустя много лет после последней выкуренной сигареты остаются с «никотиновой» меткой.

Значение имеет не только сам факт курения, но и время, когда была начата вредная практика. Оказывается, если родители начинают курить в очень раннем возрасте, то здоровье их детей значительно пострадает. Доктор Маркус Пембри из Университета Бристоля (Великобритания) вместе с командой проанализировал данные почти 10 000 мужчин и их детей и обнаружил: если отцы начинали курить до наступления 11 лет, то их сыновья были в среднем толще, чем дети отцов, которые начали курить позже[46]46
  Northstone K., Golding J., Davey Smith G., Miller L. L., Pembrey M. Prepubertal start of father’s smoking and increased body fat in his sons: further characterisation of paternal transgenerational responses. Eur J Hum Genet. 2014;22(12):1382–1386. doi: 10.1038/ejhg.2014.31.


[Закрыть]. И чем раньше они становились заложниками курения, тем выше масса тела была у сыновей.

Конечно, в первую очередь курильщики вредят своему здоровью (согласно данным Всемирной организации здравоохранения, от последствий курения ежегодно умирает более 8 млн человек: потребителей табака, бывших курильщиков, а также тех, кто когда-либо подвергался пассивному курению[47]47
  Всемирная организация здравоохранения. Табак. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/tobacco.


[Закрыть]). Однако полученной информации достаточно и для того, чтобы утверждать: курение оказывает негативное влияние и на еще не зачатых детей. Может быть, стоит вынести эту информацию на сигаретные пачки?

Алкоголь и гены. Регулярное и чрезмерное употребление алкоголя может вызвать такие изменения в экспрессии генов, в результате которых тяга человека к выпивке станет еще сильнее – это выяснили ученые из Ратгерского университета (США)[48]48
  Gangisetty O., Sinha R., Sarkar D. K. Hypermethylation of Proopiomelanocortin and Period 2 Genes in Blood Are Associated with Greater Subjective and Behavioral Motivation for Alcohol in Humans. Alcohol Clin Exp Res. 2019;43(2):212–220. doi: 10.1111/acer.13932.


[Закрыть]. Они обратили внимание на активность двух ключевых генов, участвующих в контроле поведения при питье: первый – PER2, ответственный за настройку биологических часов организма, второй – POMC, регулирующий систему реагирования на стресс. Исследователи обнаружили, что у обычных потребителей алкоголя и зависимых от выпивки людей снижается экспрессия этих генов и скорость, с которой они продуцируют белки. По мере того как увеличивалось потребление алкоголя, усиливались и эти изменения. Это значит, что у людей, которые пьют много, тяга к алкоголю сильнее, чем у остальных.

Алкоголь приводит к необратимым изменениям в мозге – к такому выводу пришли исследователи из Пенсильванского университета (США), проведя эксперименты с лабораторными мышами[49]49
  Mews P., Egervari G., Nativio R., et al. Alcohol metabolism contributes to brain histone acetylation. Nature. 2019;574(7780):717–721. doi: 10.1038/s41586–019–1700–7.


[Закрыть]. Они обнаружили, что ацетат – побочный продукт, образующийся в печени при распаде спирта, – оказывает наибольшее влияние на фермент ACSS2, который является своеобразным «топливом» для всего процесса регуляции генов, а также играет ключевую роль в обучении и работе памяти. Из-за этого, говорят специалисты, пьющие люди и бывшие алкоголики становятся очень восприимчивыми к сигналам окружающей среды – триггерам, которые легко могут подтолкнуть к употреблению. Поэтому выздоравливающие алкоголики могут легко сорваться – такая эпигенетическая регуляция в мозге.

Ученые из Кембриджского университета (Великобритания) давали мышам разбавленный этиловый спирт, а после отслеживали влияние ацетальдегида на гены животных (это вещество образуется в организме в результате метаболизма этанола)[50]50
  Garaycoechea J., Crossan G., Langevin F., et al. Alcohol and endogenous aldehydes damage chromosomes and mutate stem cells. Nature 553, 171–177 (2018). doi: 10.1038/nature25154.


[Закрыть]. Анализ показал: алкоголь вызывает необратимые изменения в структуре ДНК стволовых клеток крови (происходят двунитевые разрывы, нарушается репарация ДНК – функция исправления повреждений, вызывается перестройка хромосом), что способствует появлению злокачественных новообразований. Так, употребление алкоголя повышает риск развития по крайней мере семи видов онкологических заболеваний, включая рак молочной железы и кишечника.

Наркотики и гены. Наркозависимость тоже влечет за собой последствия для генома. Ученые из Дюкского университета установили, что марихуана, а именно ее главный психоактивный компонент тетрагидроканнабинол, влияет на экспрессию генов и вызывает структурные и регуляторные изменения в ДНК. При этом чем выше концентрация вещества, тем более выражены генетические изменения[51]51
  Murphy S. K., Itchon-Ramos N., Visco Z., et al. Cannabinoid exposure and altered DNA methylation in rat and human sperm. Epigenetics. 2018;13(12):1208–1221. doi: 10.1080/15592294.2018.1554521.


[Закрыть]. Доказана, к примеру, связь между употреблением каннабиса отцами и развитием психических заболеваний у их детей. У мужчин, употреблявших марихуану, было обнаружено несколько неблагоприятных изменений в активности генов, в частности в гене DLGAP2, который участвует в передаче нейронных сигналов в головном мозге и ассоциируется с аутизмом, шизофренией и посттравматическим расстройством. Эксперименты на крысах показали, что у рожденного потомства эпигенетические изменения были аналогичными – это подтверждает вероятность передачи марихуановой метки из поколения в поколение[52]52
  Schrott R., Acharya K., Itchon-Ramos N., et al. Cannabis use is associated with potentially heritable widespread changes in autism candidate gene DLGAP2 DNA methylation in sperm. Epigenetics. 2020;15(1–2):161–173. doi: 10.1080/15592294.2019.1656158.


[Закрыть].

Конечно же, опасность представляют не только легкие наркотики. Ученые Фуданьского университета (Китай) обнаружили, что дети отцов, употреблявших кокаин, наследуют от них тягу к наркотикам[53]53
  Le Q., Yan B., Yu X. et al. Drug-seeking motivation level in male rats determines offspring susceptibility or resistance to cocaine-seeking behaviour. Nat Commun 8, 15527 (2017). doi: 10.1038/ncomms15527.


[Закрыть]. Был проведен эксперимент на лабораторных крысах, в ходе которого давали самцам добавки кокаина, а затем наблюдали за поведением их потомства. Когда детеныши выросли, их подключили к кокаиновой капельнице и позволили самостоятельно нажимать на кнопку, которая вводила порцию наркотика в их организм. Оказалось, что у детей крыс, употреблявших кокаин, быстрее развивалась зависимость, а мозг гораздо сильнее реагировал на наркотик, чем у других детенышей. Такая тенденция сохранилась и в следующем поколении. Китайские ученые зафиксировали тысячи изменений в структуре ДНК, которые передались детям и внукам.

Курение, бесконтрольное употребление алкоголя, наркомания и другие вредные привычки и зависимости – мощные негативные факторы образа жизни, которые влияют на активность генов, «включая» и «выключая» целые кластеры различных генов. Подобное поведение не должно стать частью вашей жизни, поскольку вы навредите не только себе, но и последующим поколениям.

СПОРТ «ВКЛЮЧАЕТ» ТЫСЯЧИ ПОЛЕЗНЫХ ГЕНОВ

Команда исследователей из Каролинского института в Швеции решила выяснить, какие эпигенетические метки на человеческой ДНК могут оставить физические упражнения[54]54
  Lindholm M. E., Marabita F., Gomez-Cabrero D., et al. An integrative analysis reveals coordinated reprogramming of the epigenome and the transcriptome in human skeletal muscle after training. Epigenetics. 2014;9(12):1557–1569. doi: 10.4161/15592294.2014.982445.


[Закрыть]. Для этого авторы отобрали группу мужчин и женщин, которые должны были три месяца заниматься на велотренажере, но с одним условием – тренировать только одну ногу. Зачем это нужно?

Дело в том, что эпигенетический механизм очень чувствителен к различным сигналам, посылаемым извне, поэтому всегда сложно определить, что изменения произошли именно в результате тренировки, а не по каким-либо другим причинам. Зато это можно легко проверить, если сравнить одну ногу с другой: прошлые эпигенетические модификации у ног одинаковые, и обнаружить новые после упражнений только на одну из них не составит труда.

До и после трехмесячных занятий участникам делали биопсию мышц ноги. Разумеется, к концу исследования одна нога стала явно сильнее другой. Однако анализ также показал, что в тренированной ноге изменилась активность ряда генов, большинство из которых регулировало энергетику клетки, воспалительные процессы и клеточную реакцию на инсулин. В нетренированной ноге ничего подобного не произошло.

Можно с уверенностью сказать, что занятия спортом влияют на ДНК, а значит, в нашей физиологии и самочувствии тоже происходят изменения.

Эпигенетический эффект дают даже непродолжительные занятия, как выяснили исследователи из Лундского университета (Швеция)[55]55
  Rönn T., Volkov P., Davegårdh C., Dayeh T., Hall E., Olsson A. H., et al. (2013) A Six Months Exercise Intervention Influences the Genome-wide DNA Methylation Pattern in Human Adipose Tissue. PLoS Genet 9(6): e1003572. doi:0.1371/journal.pgen.1003572.


[Закрыть]. Они проводили эксперимент с участием молодых здоровых мужчин, у которых было небольшое превышение показателя индекса массы тела. Согласно условиям, в течение шести месяцев добровольцам необходимо было три раза в неделю заниматься аэробикой или велоаэробикой. Однако мужчины частенько прогуливали тренировки (они ходили туда в среднем около двух раз в неделю). Тем не менее, проведя генетический анализ, ученые увидели, что даже при такой незначительной физической активности у участников произошли положительные изменения в 7000 генов. Причем полезные модификации случились и в экспрессии тех генов, которые были связаны с замедлением развития диабета II типа и ожирения.

У людей, которые занимаются восточными практиками, такими как йога, цигун и тайцзи, меняется работа генов, связанных со стрессом[56]56
  Buric I., Farias M., Jong J., Mee C., Brazil I. A. What Is the Molecular Signature of Mind-Body Interventions? A Systematic Review of Gene Expression Changes Induced by Meditation and Related Practices. Front Immunol. 2017;8:670. Published 2017 Jun 16. doi: 10.3389/fimmu.2017.00670.


[Закрыть]. Ученые выяснили, что при регулярных занятиях снижается активность транскрипционного фактора NF-kВ – он играет ключевую роль в развитии воспаления, связанного с ответом организма на стресс. Когда человек испытывает стресс, у него в организме активизируется симпатическая нервная система и увеличивается производство молекул NF-kВ, которые регулируют экспрессию генов, участвующих в синтезе воспалительных белков цитокинов. При затяжном стрессе производится много цитокинов, и это вызывает массу проблем: например, приводит к развитию болезней и ускоряет старение.

Обзор 18 исследований показал, что у 81 % людей, которые практиковали йогу, медитацию, цигун или тайцзи, уровень NF-kВ был снижен. Поэтому снижалась и экспрессия генов, ответственных за производство цитокинов, а значит, воспаление в организме уменьшалось. С этой причиной и был связан благотворный эффект практик.

Спорт способен помочь даже тем, у кого есть генетическая предрасположенность к ожирению. Международная команда специалистов провела метаанализ 60 исследований, охвативших данные более 200 000 человек, и установила, что регулярная физическая нагрузка снижает активность по крайней мере 11 генов, связанных с набором избыточной массы тела, и среди них – ген FTO, который повышает вероятность ожирения почти на 30 %[57]57
  Graff M., Scott R. A., Justice A. E., Young K. L., Feitosa M. F., Barata L., et al. (2017) Genome-wide physical activity interactions in adiposity A meta-analysis of 200,452 adults. PLoS Genet 13(4): e1006528. doi: 10.1371/journal.pgen.1006528.


[Закрыть].

Все подобные опыты показывают: даже если от родителей вам достались прекрасные гены, их можно легко испортить неправильным малоподвижным образом жизни. И наоборот, плохие гены можно «выключить» с помощью спорта. Регулярные тренировки (особенно в сочетании с правильным питанием и отказом от вредных привычек) – ключ к исправлению работы генов, а значит, к долгой жизни и молодости организма.