Текст книги "Прожорливый ген. Диеты и лишний вес с точки зрения генетики"

Исследование близнецов имеет один серьезный недостаток: при том, что влияние генов здесь оспаривать не приходится, близнецы растут вместе и, следовательно, находятся в одних и тех же жизненных условиях, по крайней мере, в начальные, формирующие годы своей жизни. Так что картина получается нечеткая, особенно когда речь идет об исследовании наследования тех черт, которые также подвержены влиянию среды.

Но мы живем в нестабильном мире, где иногда случаются страшные вещи, в результате которых братья и сестры, а среди них – и близнецы, попадают в разные приемные семьи, воспитываются в разных домах, а иногда и в совершенно разных странах. В такой ситуации один близнец будет воспитан как католик, который ест мясо, а другой – как вегетарианец-иудей. Когда я начал свое исследование, я сомневался, что это случается часто. Но, хотя у нас нет по этому поводу точных данных, я могу сказать, что речь совершенно точно идет о тысячах таких случаев – то есть гораздо чаще, чем можно себе это представить.

Одной, хотя и точно не единственной, из причин подобных ситуаций до сих пор являлась китайская политика сурового контроля над рождаемостью, который только сейчас несколько ослаб. В результате люди отказывались от десятков тысяч детей, среди которых были сотни близнецов. Их разделяли и увозили в разные страны. Недавно о судьбе таких близнецов, двух китайских девочек, рассказал документальный фильм «Сестры-близнецы» норвежского режиссера Моны Фриис Бертессен[4]4
  http://www.pbs.org/independentlens/films/twin-sisters/ (дата обращения: 22 мая 2018 г.).


[Закрыть]. Их нашли в пустой картонной коробке. Миа была удочерена четой из Калифорнии, а Александра – норвежской семьей. Миа выросла совершенной американкой, которая играет в американский футбол, ездит в лагерь для девочек-скаутов и обожает большие торговые центры, в то время как Александра вела жизнь деревенской девочки, проводила много времени на открытом воздухе в тихом уголке Норвегии недалеко от Северного полярного круга. Только представьте себе разницу в их режиме питания, культуре, природных условиях, образовании, ежедневных занятиях! И все-таки, когда десятилетние девочки наконец встретились, их, кроме ожидаемого языкового барьера, не разделяло ничего: они были похожи по темпераменту, по характеру, почти идентичны по весу и росту. И у других разделенных близнецов, другой расы и национальности, усыновленных семьями из других стран, повторялась та же самая история. Конечно, чем старше были близнецы, когда они встречались, тем сильнее росло влияние среды и, соответственно, больше была заметна разница в их весе. Тем не менее мы вновь и вновь видели случаи, когда гены с поразительной силой преодолевали огромную разницу и в воспитании, и в среде.

Многих людей удивляет, что наследственность веса бывает связана с наследственностью роста. Никто не спорит с широко известным фактом, что рост передается по наследству: высокие родители – высокие дети. По письменным свидетельствам и строению скелетов людей, живших 100 или 200 лет назад, мы можем сделать вывод, что современные люди стали выше. Например, двадцатилетние солдаты во время Первой мировой войны были ростом в среднем 168 см, в то время как средний рост молодых людей сегодня – 178 см[5]5
  Bailey, R. E., Hatton, T. J. and Inwood, K., ‘Health, Height and the Household at the Turn of the 20th Century.’ IZA Discussion Paper No. 8128 (апрель 2014 г.).


[Закрыть]. Почему как биологический вид мы стали выше? Потому что изменились рацион питания, среда и образ жизни.

Тот же самый вывод мы можем сделать в том, что касается веса современного человека, только период, за который произошли перемены, в данном случае гораздо короче. Как биологический вид человек в большей степени страдает ожирением, чем всего 30 лет назад, а причины те же: изменились рацион питания, среда и образ жизни. Но это никак не влияет на факт, что если у человека были полные родители с определенной морфологией тела, то есть огромная вероятность, что он тоже будет полным и/или с такой же морфологией. Анализ данных показывает, что генетическая наследственность в вопросах веса и формы тела составляет приблизительно 70 %[6]6
  Stunkard, A. J., Foch, T. T. and Hrubec, Z., ‘A twin study of human obesity.’ JAMA 256 (1986);51–4; and Stunkard, A. J., Harris, J. R., Pedersen, N. L. and McClearn, G. E., ‘The body-mass index of twins who have been reared apart.’ N Engl J Med 322 (1990); 1483–87.


[Закрыть].

Как только у вас будет такая возможность, понаблюдайте сами за семьями в кафе или в аэропорту (только, пожалуйста, незаметно), и вы заметите, насколько явно форма тела передается по наследству. Форма тела в большой степени зависит от того, где откладывается в нем жир. Я, честное слово, не хочу вгонять вас в депрессию, но закройте на секунду глаза и представьте своих родителей: какая у них фигура? У мамы довольно внушительные бедра, а верхняя часть тела худощавая? У папы выпирает живот и худощавые ноги? А на кого похожи вы? А на кого похожи ваши братья и сестры? В то время как количество жира в целом может быть другое – у вас бедра могут быть еще больше или, скажем, стройнее талия – все-таки очень высока вероятность того, что форма вашего тела повторяет форму тела одного из ваших родителей.

На самом деле все в нас – наша внешность, форма тела, все его размеры, наш характер, ум, физические данные, риск развития душевной болезни, даже риск попасть в дорожное происшествие наряду с миллионом других черт – это в равной степени результат работы генов и среды. Необычайно редко что-то на 100 % зависит только от генов или только от среды. Сложность кроется в том, чтобы определить, каким образом они вместе влияют на нас и как они взаимодействуют.

ПУСТЫНИ НА ЮГО-ЗАПАДЕ АМЕРИКИ И ОСТРОВА В ТИХОМ ОКЕАНЕ

Еще один факт, который обнаружил влияние генов на строение человеческого тела, был получен из наблюдений за разными этническими группами. Оказывается, некоторые из них больше склонны к ожирению, чем другие. Два примера в этом случае особенно поразительны. Первый – это индейцы племени Пима, коренное население Америки, живущее в пустыне, на юго-западе Аризоны. У индейцев Пима репутация самых толстых людей планеты[7]7
  Schulz, L. O. and Chaudhari, L. S., ‘High-Risk Populations: The Pimas of Arizona and Mexico.’ Curr Obes Rep 4(1) (March 2015); 92–8. doi: 10.1007/s13679-014-0132– 9. Review. PMID: 25954599.


[Закрыть]. Почти все индейцы Пима, некоторые – с самого раннего возраста, страдают ожирением, и у половины из них сахарный диабет 2-го типа[8]8
  Neel, J. V., ‘Diabetes Mellitus: A “Thrifty” Genotype Rendered Detrimental by “Progress”?’ Am J Hum Genet 14 (4) (1962); 353–62. PMC 1932342. PMID 13937884.


[Закрыть]. Такое количество больных диабетом 2-го типа почти в пять раз выше, чем по стране в целом, – это при том, что в США критические показатели по ожирению. Однако индейцы Пима страдают от ожирения и сопутствующих ему болезней вот уже более 50 лет! Более того, другая группа индейцев Пима, которая живет в мексиканских горах Сьерра-Мадре, вообще не склонна к ожирению. Племя индейцев Пима, по историческим свидетельствам, изначально целиком находилось в Аризоне, но потом по неизвестным причинам от него отделилась одна группа и переехала в Сьерра-Мадре. Эти две группы индейцев невозможно различить генетически. Почему же тогда у них такой разный вес и разное количество метаболических болезней? Ответ надо искать в жизненных условиях. Индейцы Пима в Аризоне наслаждаются (впрочем, не знаю, подходит ли здесь это слово) жизнью по-американски со всеми ее удобствами и излишествами. Индейцы в Сьерра-Мадре живут так, как жили их предки. Они занимаются фермерством, по-прежнему выращивают животных, бо`льшую часть дня занимаются тяжелым физическим трудом и, конечно, едят совсем другую еду, чем их американские братья по крови. Это напоминает путешествие на машине времени: если мы посмотрим на них, мы увидим, как жил народ Пима в Аризоне до того, как туда приехали европейские переселенцы.

Второй пример – это не одна этническая группа, а несколько разных народов, населяющих острова Полинезии. Маленький остров Науру, например (а большинство островов в Тихом Океане – маленькие, и на каждом живет одна определенная народность), – это одна из стран мира, больше всего страдающих от ожирения. Избыточный вес – беда почти 95 % населения Науру, а около 45 % больны ожирением. Вообще, согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), 9 из 10 стран мира с очень плохой ситуацией в плане ожирения находятся на островах Тихого океана[9]9
  http://www.who.int/gho/ncd/risk_factors/overweight/en/ (дата обращения: 22 мая 2018 г.).


[Закрыть]. Острова Кука возглавляют этот мрачный список: более 50 % населения страдают ожирением. Науру, Палау, Самоа, Тонга и острова Маршалла ненамного от них отстают. В общем, если исчислять ожирение в процентах, то это точно край, где живут самые толстые люди в мире. Отчего так получилось?

Объяснения, которые лежат на поверхности и доступны в «Википедии» или в ответах поисковика Google, на первый взгляд, разумны. Одно из объяснений: на этих райских островах такая эстетическая установка: чем больше – тем красивее. Другое объяснение эхом повторяет проблемы, с которыми столкнулись индейцы Пима: обычный полинезиец потребляет импортную, готовую к употреблению пищу, очень мало занимается спортом и имеет удаленный доступ к медицинским услугам. Но это все слишком простые, слишком банальные ответы. Во многих культурах присутствует мантра «большое – значит красивое», многие страны любят дешевые полуфабрикаты. Здесь индейцы Аризоны или народности островов Тихого океана совсем не оригинальны. И все-таки даже в мире, где люди постоянно переедают, эти две группы бьют все рекорды. Так в чем же тогда корень их проблем и почему именно их ситуация оказалась экстремальной?

Хотя кое-какие детали различны, основные причины одни и те же. В обеих географических зонах люди миллионы лет адаптировались к нерегулярному количеству еды в суровых природных условиях (индейцы Пима) или в условиях изоляции (жители островов Тихого океана) и добывали себе пропитание тяжелым физическим трудом. После чего по причинам, совершенно от них не зависящим, очень внезапно и резко в их образе жизни наступили кардинальные перемены.

Индейцы Пима жили на берегах рек Хила и Солт задолго до появления там европейцев, и близость к воде дала им возможность выжить в юго-западных пустынях Северной Америки. Жизнь у них, должно быть, была очень тяжелая, и генетический бонус доставался тому, кто лучше адаптировался к жизненным условиям «то густо, то пусто». Те, кто эффективно накапливал жир, когда была такая возможность, а потом эффективно его расходовал, когда надо было затянуть пояс, имели больше шансов выжить. И гены, отвечающие за эти жизненно важные характеристики, тоже с большей вероятностью передавались из поколения в поколение. Поколения индейцев Пима проходили эту жесткую генетическую селекцию, и в результате появился народ, изумительно приспособившийся к жизни именно в этих условиях. Однако в 1920 году правительство США начало ирригационный проект, для которого требовалась плотина в верховьях реки Хила – выше по реке, чем жили индейцы. В результате течение реки было изменено практически за один день. С потерей воды (а значит, и еды) Пима перешли на дотации государства и стали питаться по-другому. Это была готовая пища с высоким содержанием сахара, из очищенной муки – совершенно иная по составу, чем их традиционная еда. Что, учитывая гены индейцев Пима, дало предсказуемый результат – у них развилось ожирение.

Колонизация островов Полинезии произошла примерно 3000 лет назад, начавшись на Филиппинах и в Новой Гвинее где-то в 1500 году до н. э., а в Самоа – в 800 году до н. э. Гавайи и Остров Пасхи были заселены не раньше 900 года, а Новая Зеландия оказалась последней – люди появились там в 1200 году. Учитывая географическую изоляцию островов в огромных просторах Тихого океана, само их заселение уже можно считать памятником человеческому упорству. Первые полинезийцы должны были сначала неделями плыть на каноэ, а затем, достигнув маленьких островов в Тихом океане, сделать все, чтобы там выжить и обжиться. В таких условиях быть большим – гораздо важнее, чем быть красивым. Островитяне формировали традиционные сообщества рыбаков. С появлением воздушных баз США и Великобритании во время Второй мировой войны, а также с началом горных разработок на некоторых островах к островитянам пришла глобализация. Появились западные товары, которые сперва предназначались для шахтеров и работников воздушных баз. Однако импортная пища (обработанная так, чтобы было удобно ее перевозить) была дешевой, очень калорийной и быстро понравилась местному населению. Как и индейцы Пима, полинезийцы были застигнуты врасплох быстрыми переменами в их условиях жизни.

Но почему и Пима, и полинезийцы так отреагировали на эти перемены? Многие люди, как вы и я, едят ту же самую пищу, а ожирением не страдают. В чем разница? В том, что предки большинства из нас адаптировались к жизни на континентальных равнинах. В случае засухи или голода они могли мигрировать и избежать этого «селективного прессинга». А у индейцев Пима и полинезийцев не было возможности мигрировать: либо быстро адаптируешься, либо умираешь. На минуту представьте себе, что в результате какой-то невероятной перемены от нас всех теперь требуется уметь быстро бегать – иначе нас, допустим, съедят какие-нибудь зубастые монстры. Тогда человечество очень быстро сократилось бы до сообщества отличных бегунов, которые передали бы, в свою очередь, эти гены своим детям и так далее. То, что Пима и полинезийцы все еще живут на земле, означает, что их удивительные предки быстро адаптировались к требованию природы запасать жир и расходовать его экономно, когда наступал голод или когда нужно было неделями грести в океане. Проблема в том, что те гены, которые спасли им жизнь в условиях «то густо, то пусто», становятся смертельными в условиях «то густо, то густо».

Все живые существа следуют золотому правилу: расходуют энергию как можно экономнее, сохраняют калории для нелегких времен и едят вволю, когда предоставляется такая возможность. Поэтому, если вдруг появляется дешевая и калорийная еда, то зачем вам тратить энергию, идти на рыбалку или работать на ферме? В результате и Пима, и полинезийцы потребляют больше еды с высокой калорийной доступностью (подробнее об этом термине чуть позже), а двигаются меньше, чем им нужно – что, увы, ведет к усугублению проблемы ожирения у тех и у других.

ПО ВСЕМ ПРАВИЛАМ ЭВОЛЮЦИИ

Хотя пример с индейцами Пима и полинезийцами может показаться экстремальным, проблемы, с которыми они сталкиваются, касаются всех нас. Правило, по которому мы расходуем энергию и тратим калории как можно экономнее, – это общее правило. Легко забыть о том, что не так давно вся наша физическая активность сводилась к нашей ежедневной работе: люди работали на ферме, ловили рыбу, охотились, мыли и стирали руками, шили руками одежду и так далее. Сама идея физического упражнения как чего-то, что ты делаешь в свободное время, была им чужда всего несколько десятилетий назад. Зачем в свободное время делать что-то другое, кроме как есть и спать, если целый день был наполнен тяжелой физической работой? И, если задуматься, в этом действительно есть что-то странное: ведь значительная часть моих соотечественников едут на машине в спортклуб, а потом, возможно, поднимаются на лифте до зала, в котором их ждет долгожданная беговая дорожка или велотренажер.

Но это не все: ведь еще важно, что и как мы едим. Ясно, что в данном случае нельзя не учитывать феномен фастфуда – им одним можно охарактеризовать все наше общество. Фастфуд в большинстве своем высококалориен, сильно обработан и очень часто приходит к нам сам – надо только сделать короткий телефонный звонок.

Теперь ученые еще знают вот что: некоторым из нас просто меньше хочется есть, чем остальным. Не есть, когда не хочется есть, легко. Что бы там ни говорили пресса, Голливуд и все журналы моды/красоты/фитнеса/здоровья и популярные блоги типа «если я это смогла, ты тоже сможешь», стройные люди не крепче духом, и сила воли у них такая же, как у нас с вами. Им просто чуть меньше хочется есть, и они быстрее наедаются. Никаких усилий в этом нет.

А пытались ли вы остановиться во время обеда, когда вам все еще хочется есть? Это непросто даже на один раз, потому что так уж мы устроены. Вся наша эволюция привела нас к тому, что мы едим, когда голодны и когда есть еда. Представьте теперь, что вы чуть более голодны, а еды для вас в нашем современном мире достаточно – и вы пытаетесь сдерживать себя каждый день, за каждым завтраком, обедом и ужином, всю жизнь. Вот через что проходят все люди, страдающие избыточным весом и ожирением.

Толстые люди не слабы духом, они не ленивые и не плохие. Они борются с тем строением тела, которое им досталось. Мы даже можем сказать, что ожирение – это естественная реакция, по всем правилам эволюции, человека XXI века на его среду. Мы просто делаем запасы на случай голода, который никогда не наступит.

Но вот в чем штука: не все становятся толстыми в одной и той же среде. И это отличается от нашей реакции на голод, которая одинакова у всех людей и у животных, а именно найти пищу как можно быстрее и съесть, иначе тебе грозит смерть. То, что голод таил в себе такую опасность, обеспечивало закономерное течение эволюции: выживали лишь умные и энергичные животные, способные быстро найти пищу и прокормить себя.

ОТ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА ДО ФУНКЦИИ

Если позволите, проведу небольшой экскурс в генетику. Полный набор нашего генетического материала, наша молекула ДНК – это геном. Он состоит из трех миллиардов нуклеотидов четырех видов: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Два полных набора, два генома (один от папы, другой от мамы) присутствуют в каждой клетке нашего тела (за двумя исключениями – сперматозоиды и яйцеклетки содержат только одну копию генома, а красные кровяные тельца вообще не содержат ДНК). ДНК – это, по сути, очень длинная и тонкая цепочка из этих трех миллиардов нуклеотидов А, Т, Г и Ц. Если бы мы могли растянуть ДНК в цепочку, то ее длина достигла бы двух метров! Эта чудовищная длина плотно и аккуратно организована в два набора из 23 различных хромосом (то есть по одному набору для каждой копии генома, что дает нам 46 хромосом в целом), и в каждом наборе содержится около 25 000 генов. Мы знаем, однако, что только 1–2 % из трех миллиардов нуклеотидов в нашем геноме отвечают за программирование собственно генов. Важная, но небольшая часть остальных 98 % ДНК – это регулирующие элементы, функцией которых является просто «включить» или «выключить» тот или иной ген. Какая именно это часть, мы до сих пор не знаем, и это важный вопрос всех современных исследований. Значение остальной и большей части «непрограммирующих» генов в ДНК, которую раньше ученые называли мусором, для нас по-прежнему остается загадкой. Бо`льшая доля этой загадочной части ДНК, возможно, действительно окажется мусором, но с такой же уверенностью можно сказать, что почти наверняка там скрыты бесчисленные сокровища функционального значения, которые еще предстоит отыскать.

Сами гены не выполняют ту или иную функцию как таковую. Они скорее несут в себе информацию о том, как собрать белки, которые отвечают за ту или иную функцию или структуру, за биологию жизни. Наши гены, таким образом, – это руководство по эксплуатации для всех возможных белков, которые обеспечивают жизнь.

ВИНОВАТЫ ЛИ ГЕНЫ В ТОМ, ЧТО НЕ ЗАСТЕГИВАЮТСЯ ДЖИНСЫ?

Мутации в наших генах случаются непредсказуемо, незаметно, постоянно. Поскольку бо́льшая часть ДНК отвечает неизвестно за что, непонятно, к чему приводит бо́льшая часть этих перемен. В редких случаях мутация случается в таком сегменте ДНК, который отвечает за проявление гена, то есть за то, включен он или нет. В еще более редких случаях мутация может модифицировать строение гена и таким образом изменить функцию производимого белка. Если перемена в строении гена или в том, как проявляется ген, достаточно велика, чтобы прервать «трансляцию» гена или кардинально изменить функцию производимого белка, это приводит к развитию заболевания или, в самых грустных случаях, к смерти. Случается и так, что генетические изменения могут просто слегка модифицировать функцию белка, негативно или позитивно, в зависимости от окружения.

Если генетическая перемена нежелательна в данной среде, происходит «голосование против нее», и она не передается. Если генетическая перемена увеличивает шансы выжить, тогда происходит «голосование за» – и ее наследуют будущие поколения. Таков, например, ответ человечества на случаи неурожая и голода. Любое генетическое изменение, увеличивающее шанс найти еду, означало, что можно было, поев, стать больше, или сильнее, или быстрее, что приводило, в свою очередь, к бо́льшим шансам найти партнера, размножиться и передать эти генетические характеристики потомству.

Но есть, кроме того, генетические изменения, которые в одной среде никак не проявляются, а в другой неожиданно становятся крайне позитивными или негативными. Например, в наших теперешних условиях такой спортсмен, как Усейн Болт, разумеется, бегает быстрее всех, и поэтому его карьера – это карьера бегуна. А я так быстро не бегаю, зато я могу посвятить себя генетике. Наша способность бегать, тем не менее, в целом никак не влияет на нашу общую способность выжить в окружающей нас среде. Но если среда изменится и в ней начнут со страшной скоростью размножаться подвижные зубастые плотоядные, гены Болта начнут положительно влиять на его способность выжить в подобных условиях и будут унаследованы. И наоборот, моя способность быть генетиком станет нейтральной в этой изменившейся среде, а моя неспособность быстро бегать повлияет отрицательно на вероятность убежать от хищника.

Переедание вкупе с отсутствием движения – это современная проблема. Во время эволюции она никакого селективного давления на человека не оказывала. Однако резкие перемены за последнее время привели к тому, что накопившиеся генетические изменения, которые варьируются среди населения и никак не влияют на человека, если еды мало, вдруг стали резко видны в новой, современной среде. И при том, что средний вес населения увеличился, потому что у всех нас изменились питание и уровень физической активности, некоторые люди в силу набора их генетических модификаций набрали больше веса и получили ожирение.

Возвращаясь к нашему вопросу: надо ли винить гены в том, что не застегиваются джинсы? Во многих смыслах – да. Среда, безусловно, влияет на быстрый рост случаев ожирения, но нам становится все яснее, что это гены дают такой ответ на изменения среды. А где есть гены – есть молекулы, которые можно распознать, есть биология, которую можно изучать. Именно эти исследования больше всего меня интересуют: каналы и механизмы, контролирующие прием пищи, и то, чем они отличаются у стройных и у полных людей.