Текст книги "Защищенный геном. Научно обоснованная программа активации 5 защитных функций организма. которая позволит избежать инфекций и поможет справиться с заболеваниями"

Несмотря на то что почти весь XX век человечество боролось с заболеваниями, вызванными опасными микробами, в XXI веке у нас есть все шансы победить болезни с помощью бактерий. Я поверил в это после того, как побывал на лекции Сьюзен Эрдман, возглавляющей факультет сравнительной медицины Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) в Бостоне. На правах сопредседателя ежегодной конференции по заживлению ран я пригласил ее рассказать о своем исследовании бактерии под названием Lactobacillus reuteri (лактобактерии реутери), которая является частью человеческого микробиома. Как оказалось, эта бактерия способна ускорять процессы заживления. Речь Эрдман меня просто поразила. Она предоставила данные, подтверждающие, что добавление в питьевую воду L. reuteri (которая присутствует в йогуртах и является пищевой добавкой) ускоряло заживление ран у подопытных мышей. Тот же эффект наблюдался и у людей, когда им давали пробиотик. Чтобы узнать, как именно бактерия ускоряет процессы заживления, мы с Эрдман провели совместное исследование и выяснили: после проглатывания L. reuteri активирует ангиогенез в поврежденных тканях. Так обнаружилось еще одно звено, связующее все защитные системы организма.

 Вылечив кишечник, вы снижаете уровень общего воспаления организма, улучшаете всасывание питательных веществ, укрепляете иммунитет и создаете оптимальный микробиом.

Ранозаживление оказалось только началом. L. reuteri сокращала объем абдоминального жира и помогала бороться с ожирением у лабораторных мышей, даже когда они ели вредную пищу вроде картофельных чипсов. А еще L. reuteri стимулирует рост здоровой блестящей шерсти, улучшает цвет кожи, активирует иммунную систему, предотвращает рост опухолей в прямой кишке и молочной железе. И это далеко не все. Эксперимент показал, что у самцов мышей, которые пили воду с добавлением бактерии, увеличились размер яичек, выработка тестостерона и частота спаривания. Самым удивительным оказалось то, что L. reuteri стимулирует головной мозг выделять гормон окситоцин – нейрохимическое соединение «дружбы и любви», которое синтезируется, когда мы обнимаемся, пожимаем руку, тесно общаемся с друзьями, целуемся, кормим грудью и испытываем оргазм. Исследование одной-единственной бактерии настолько поразило общество, что в The New York Times даже вышла статья под заголовком «Микробы. История любви» (34). И без моих советов понятно, как важно принимать пробиотики. Механизм их действия и полезные свойства давно доказаны наукой.

Дисбиоз – это серьезное нарушение бактериальной экосистемы, дисбаланс кишечных бактерий, связанный с такими заболеваниями, как диабет, ожирение, аутизм, воспалительные заболевания кишечника, инфекционный колит, синдром раздраженного кишечника, онкология, астма, псориаз, рассеянный склероз, болезни Паркинсона и Альцгеймера, атеросклероз, сердечная недостаточность, целиакия, болезни печени, синдром хронической усталости, кариес, шизофрения и депрессия (35). Вид микробов или механизм микробного дисбаланса, которые приводят к развитию этих заболеваний, а также причинно-следственные связи являются объектом изучения восходящих звезд мировой науки. Медицинские учреждения тоже не стоят в стороне. Как оказалось, некогда популярное, а ныне запрещенное антибактериальное химическое соединение триклозан, содержащееся в зубной пасте, мыле, стиральном порошке и еще более чем в двух тысячах потребительских товаров, разрушает микробиом грудных детей и повышает риск колита и онкологии у лабораторных мышей (36).

Индустрия биотехнологий всячески пытается использовать силы микробиома. Для лечения дисбиоза была разработана трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ), когда нездоровые кишечные бактерии заменяют здоровыми бактериями, взятыми из фекалий донора. Эту процедуру также проводят пациентам, страдающим от колита, вызванного Clostridium difficile (клостридиум диффициле), осложнения после приема антибиотиков, о котором мы говорили ранее. Несмотря на то что стандарт лечения предписывает использовать большую дозу антибиотиков, чтобы убить C. difficile, в 60 % случаев инфекция возобновляется. И вот тогда врачи прибегают к ТФМ. Здорового донора просят сдать пробы кала, который смешивается с водой и впрыскивается в кишечник по всей длине во время колоноскопии. Несмотря на неприятность процедуры, ее сторонники утверждают, что в 90 % случаев одного впрыскивания оказывается достаточно, чтобы справиться с заболеванием. Сейчас проводятся клинические испытания, цель которых – оценить эффективность ТФМ при лечении повторяющихся инфекций мочевыводящих путей, хронических запоров, диабета, язвенного колита и даже ожирения.

Некоторые биотехнологические компании разрабатывают специальные формулы пробиотиков, пищевые волокна и растительные биоактивные вещества, наподобие смузи, способствующие росту полезных бактерий в кишечнике. Все они должны послужить дополнением терапии диабета, ожирения и других проблем со здоровьем. Другие компании делают ставку на диагностику. Они предлагают провести анализ кала и предоставить полную информацию о вашей микробиоте. Тест кала под названием SmartGut («Умный кишечник») секвенирует ДНК бактерий из фекалий и сообщает о наличии в них вредных агентов и о том, как их устранить. Тест вагинальной микробиоты SmartJane («Умная Джейн») выявляет не только заболевания, передающиеся половым путем, но и двадцать три вида полезных вагинальных бактерий.

 90 % серотонина – гормона удовольствия – вырабатывается в кишечнике. Поэтому мы не можем чувствовать гармонию, если наш кишечник страдает.

Пробиотические добавки – это самый простой способ доставить полезные бактерии в свой кишечник, однако, несмотря на масштабность индустрии – $36 миллиардов в 2016 году и ожидаемый рост до $65 миллиардов к 2024 году, специалисты до сих пор спорят об их эффективности (37). Пробиотические продукты, содержащие лактобациллы (Lactobacillus) и бифидобактерии (Bifidobacteria), свободно продаются в супермаркетах, аптеках и онлайн-магазинах. Проблема в том, что большинство коммерческих пробиотиков изучены намного хуже, чем продукты, о которых пойдет речь в главе 8. Однако в общей массе они признаны безопасными для людей со здоровой иммунной системой и могут помочь при диарее и других нарушениях ЖКТ.

Диета, наверное, один из самых мощных способов воздействия на микробиом. Натуральные продукты поражают своим разнообразием, а многие из них, например йогурт, ферментированные овощи и некоторые напитки, богаты полезными бактериями. Даже когда мы не потребляем пробиотические бактерии напрямую, то, что мы едим, сказывается на состоянии нашего микробиома. Пища сокращает или увеличивает количество различных популяций кишечной микробиоты, причем делает это ежечасно. А еще она влияет – порой самым удивительным образом – на способность кишечника исцелять весь организм. Во второй части книги я расскажу, как продукты взаимодействуют с нашим микробиомом и участвуют в его формировании. К примеру, вы можете повлиять на популяцию определенного вида кишечных бактерий и тем самым повысить эффективность противораковой терапии.

Но для начала давайте поговорим о еще одной мощной защитной системе, которая стоит на страже нашего здоровья: о естественных механизмах защиты ДНК.

Состояния, которые сопровождаются дисбиозом микробиома

Главные действующие лица микробиома

Глава четвертая
Защита ДНК

Представьте, что ДНК – это ваш миниатюрный персональный генетический код, скрученный в форме винтовой лестницы (которая называется двойной спиралью) и помещенный в клетку. Эта «лестница» состоит из генов, унаследованных вами от родителей. Влияя на все аспекты здоровья, она служит основой жизни и нормального функционирования. Между тем ДНК – довольно хрупкая и постоянно подвергается различным атакам.

Каждый день ДНК выдерживает более десяти тысяч естественных повреждений (1). Некоторые из них – это случайные ошибки, возникающие когда триллионы клеток трудятся и делятся день за днем без перерыва. Другие – побочный эффект деструктивных событий, происходящих в организме, например воспалений или инфекций. Третьи – результат воздействия токсических веществ, которые мы вдыхаем с воздухом, проглатываем с пищей или впитываем через кожу из окружающей среды, например из бытовой химии. Независимо от причины возникновения каждая ошибка способна повредить ДНК и подорвать наше здоровье. С учетом многочисленных ежедневных атак на ДНК вы, наверное, удивляетесь, почему мы не болеем чаще обычного, до сих пор не превратились в мутантов и не покрылись раковыми опухолями? Дело в том, что ДНК запрограммирована защищать себя, а значит, и наше здоровье от последствий этих повреждений.

 Ежедневно ДНК атакуют десятки тысяч внешних факторов, и мы бы не выжили, если бы природа не запрограммировала ее бороться с последствиями этих повреждений.

Большая часть из того, что вы слышите и читаете о ДНК, вызывает беспокойство, тем не менее мы с вами живем в эпоху персонализированной медицины, когда генетический скрининг позволяет оценить собственный риск развития наследственной онкологии и других заболеваний. Очень часто геномные тесты служат вектором противораковой терапии. А многие из вас наверняка слышали о технологиях редактирования ДНК и замены дефектных генов здоровыми. Однако самое удивительное – это механизмы работы ДНК как защитной системы организма.

При любого рода повреждениях ДНК может произойти сбой в выполнении генетических инструкций. Когда мутации генов передаются по наследству, они способны вызвать ужасные заболевания. С возрастом ДНК изнашивается. С течением жизни мы делаем выбор – где и как жить, что есть, который положительно или отрицательно сказывается на ДНК. Чтобы хорошо себя чувствовать, необходимо защитить свою ДНК. Когда генетический код работает отлично, мы здоровы. Когда он ломается или мутирует, наше здоровье оказывается под угрозой.

Для защиты ДНК использует целый ряд механизмов. Наши клетки развиваются параллельно с мощными восстановительными процессами, которые непрерывно отслеживают ДНК на наличие структурных отклонений. При обнаружении таковых «команда ремонтников» просматривает многочисленные кластеры идентичной информации, закодированной ДНК. С помощью молекулярных ножниц поврежденные участки ДНК «вырезаются» из клеток и замещаются правильной структурой и последовательностью. Так как ДНК делится, это предотвращает передачу огромного количества аномалий.

Другим механизмом защиты ДНК являются так называемые эпигенетические изменения, которые позволяют ей реагировать на воздействие окружающей среды и образа жизни (включая питание), усиливая полезные гены и блокируя вредные. Это делает определенные гены более или менее доступными в зависимости от ситуации.

Теломеры – еще одно оружие защитной системы ДНК. Теломеры напоминают пистончики – пластиковые наконечники шнурка, – замыкающие хромосомы с обеих сторон. Они защищают ДНК от износа по мере нашего старения. Правильное питание, качественный сон, регулярные физические нагрузки и другие оздоровительные процедуры положительно сказываются на состоянии теломер.

В оптимизации всех этих защитных сил ДНК важную роль играет диета. Во второй части книги я расскажу, какие продукты способствуют восстановлению ДНК, какие стимулируют эпигенетические изменения, а какие поддерживают и укрепляют теломеры. Прогресс не стоит на месте, и с появлением генетического тестирования, редактирования и терапии мы начинаем все больше понимать, как питание воздействует на защитную систему ДНК. Для того чтобы лучше оценить масштабы сделанных открытий и значение диеты, давайте оглянемся назад и поговорим о первых генетических исследованиях.

Сегодня о ДНК знает каждый школьник, хотя она была открыта всего 150 лет назад, а с момента расшифровки не прошло и полвека. Первые попытки исследования наследственности предпринял ученый и монах-августинец из городка Брно в Моравии (ныне Чешская Республика) Грегор Мендель. Мендель обратил внимание, что комбинации при скрещивании садового гороха позволяют добиться определенных характеристик, например формы или цвета. В 1866 году он опубликовал результаты своего исследования, которое демонстрировало наличие закономерности при передаче признаков от одного поколения к другому (2). Они получили название законов наследования Г. Менделя. Также ученый предположил, что существуют невидимые факторы (гены) переноса информации, которые определяют характеристики любого живого организма.

Первым физическим свидетельством наличия ДНК стало открытие, которое сделал врач Фридрих Мишер в 1869 году в городе Тюбинген, Германия (3). Мишер изучал гной с повязок солдат, раненных на полях Крымской войны, и обнаружил необычный материал, который, как ему казалось, входил в состав клеток. Он назвал его нуклеин. Двенадцать лет спустя, в 1881 году, бывший преподаватель Мишера немецкий биохимик Альбрехт Коссель решил более подробно исследовать находку и выяснил, что нуклеин состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты, – так на свет появился термин «ДНК». В 1910 году это открытие принесло Косселю Нобелевскую премию – первую за открытие в области ДНК.

 Каждая клетка содержит примерно полтора метра ДНК. Если вы развернете все связи ДНК в ваших клетках, они смогут достичь Луны шесть тысяч раз.

Все последующие 70 лет ДНК оставалась для ученых неприступной крепостью. И только в 1952 году Розалинд Франклин из Королевского колледжа (King’s College) в Лондоне удалось сделать первый снимок ДНК высокого разрешения. Через год именно он помог Джеймсу Уотсону и Фрэнсису Крику из Кембриджского университета (Cambridge University) раскрыть структуру ДНК и взломать «код жизни». В 1962 году оба ученых пополнили ряды нобелевских лауреатов, а десятки тысяч ученых по всему миру с головой окунулись в исследование ДНК, пытаясь разгадать секреты исходного кода, делающего нас людьми.

В 1990 году был запущен самый масштабный научный проект в истории, проект «Геном человека» (The Human Genome Project). В нем принимали участие более двадцати университетов из США, Франции, Германии, Испании, Великобритании, Китая и Японии, а также Национальные институты здравоохранения (National Institutes of Health) и частная компания Celera Genomics, и все они объединили усилия ради того, чтобы составить карту человеческих генов. 14 апреля 2003 года правительство США официально объявило о завершении секвенирования человеческого генома: вместо запланированных 15 лет работа заняла всего два года. Авторами достижения стали двое ученых: Френсис Коллинз и Крейг Вентер (4). А теперь научный мир всерьез задумался о секвенировании полного генома других живых существ, включая шимпанзе, собак, мышей и даже лягушек.

Исходный код ДНК написан химическими соединениями, названия которых начинаются с букв А (аденин), Т (тимин), С (цитозин) и G (гуанин). Ступеньки «винтовой лестницы» состоят из различных комбинаций пар этих букв (A – T и C – G). Последовательность пар, которые кодируют инструкции по сборке белка, называются геномом: это уже не одна, а сразу несколько ступеней нашей «винтовой лестницы». Все вместе гены выдают инструкцию по созданию десяти тысяч белков, необходимых для поддержания жизни.

Как ни удивительно, но все клетки организма умеют считывать исходный код. Они «загружают» код в клеточную машинерию, которая функционирует подобно миниатюрному 3D-принтеру, и на его основе производят белки. Выработка белков происходит незаметно каждую секунду нашей жизни – с момента зачатия и до последнего вздоха. Когда вы слышите термин «геном человека», то под ним следует понимать совокупность всех генов, состоящих из ДНК, которые кодируют все, что нужно организму в течение жизни.

Прежде чем говорить о здоровье генома, давайте представим то невероятное количество ДНК, которое есть в нашем организме. Каждая клетка содержит примерно полтора метра ДНК. Эти нити скручены в катушки, которые образуют хромосомы. В ядре каждой клетки 46 хромосом (23 от матери и 23 от отца). Если бы можно было выдернуть ДНК из всех клеток организма (37,2 триллиона клеток) и выложить их в прямую линию, то получился бы «генетический суперхайвей» длиной 67,5 миллиарда километров (5). Это расстояние от Земли до Плутона, умноженное на десять! А теперь интересный факт: только 3 % этого «генетического суперхайвея» составляют наши гены. Остальные 97 % ДНК выполняют функцию авиадиспетчеров, которые направляют использование генов.

Так же, как в оживленном аэропорту, где хорошо обученные операторы, сидя за мониторами, обеспечивают безопасный взлет и приземление самолетов, в работе ДНК нужна невероятная точность. Ценой ошибки может стать жизнь. Когда исходный код поврежден, 3D-принтеры в клетках производят или слишком много вредных белков, или слишком мало полезных; не исключена выработка «неправильных», так называемых дефектных белков. Эти отклонения способны привести к пагубным последствиям, так же, как неправильные команды авиадиспетчера могут стать причиной промахов, мелких аварий и гибели всех людей на борту.

К сожалению, мир представляет для ДНК сплошную опасность. Внешние факторы несут серьезную угрозу и могут повредить наш исходный код. Несмотря на то что большинство угроз вызвано техническим прогрессом, часть из них имеет нерукотворный характер. Так, одним из самых разрушительных факторов для ДНК является ультрафиолетовое излучение, то есть солнечный свет. Вы мажетесь солнцезащитным кремом перед выходом на улицу? Исследования показывают, что вредные солнечные УФ-лучи, которые пронизывают нашу кожу, провоцируют до 100 000 повреждений ДНК каждый час (6). Если вы вернулись в помещение после лежания на пляже, это совсем не значит, что нападки на ДНК позади. Ученые из Йельского университета (Yale University) выяснили, что после прекращения солнечного воздействия сбой не прекращается. Кожный пигмент меланин, который отвечает за загар и поглощение излучения, умеет хранить энергию. Этот процесс называется химиостимуляцией. Когда вы возвращаетесь в помещение, чтобы остыть от солнечных ванн, накопленная энергия высвобождается и провоцирует мутации ДНК в клетках кожи в течение еще трех часов (7).

Долгое лежание на пляже опасно для здоровья, но это не единственный способ, которым солнце может повредить нашу ДНК. Если вы когда-нибудь ехали в машине, ловя ветер в лицо, знайте, что всю дорогу УФ-лучи травмировали вашу ДНК. То же самое, но в незаметной форме, происходит во время полета на самолете. Вы наносите солнцезащитный крем перед посадкой на борт? А надо бы. В 2015 году учеными из Калифорнийского университета Сан-Франциско (University of California, San Francisco) провели исследование, результаты которого были опубликованы в журнале JAMA Dermatology («Архивы дерматологии»). Они установили, что пилоты, летающие всего час на высоте тридцать тысяч футов, через лобовое стекло получают такую же дозу УФ-облучения, как после двадцати минут пребывания в солярии (8). Как ни парадоксально, но облачная погода лишь усугубляет ситуацию. Верхушки облаков отражают лучи, и они попадают обратно в кабину самолета, повышая риск повреждений ДНК и развития меланомы у пилота и пассажиров.

 ДНК каждого из нас совпадает с ДНК любого другого человека на Земле на 99 процентов, однако у родителя и ребенка ДНК совпадает на 99,5 процентов.

Солнце – не единственная угроза. Земля тоже излучает радиацию. Происходит это в форме радона, природного газа без цвета и запаха, который проникает в дома сквозь фундамент и словно невидимый враг повреждает наши ДНК. Хотя мощность излучения радона на поверхности земли неоднородна, он остается главной причиной рака легких у некурящих (9). А если вы курите (не надо), вдыхаемый дома радон еще больше повышает риск развития страшного заболевания, который и без того довольно высок.

Продолжая тему, табачный дым для ДНК – это яд. С сигаретным дымом вы вдыхаете примерно четыре тысячи химических соединений, семьдесят из которых канцерогенные, например бензол, мышьяк и формальдегид (10). Мне совершенно нечего сказать в защиту этих химикатов. Они вызывают воспаления во всем организме. Не менее опасно пассивное курение. Вторичный дым вызывает повреждение ДНК не только у людей – ваших коллег, родных и друзей, но и у домашних питомцев.

Ковровые пятновыводители, автомобильные растворители и самые обычные бытовые товары, такие как средства для снятия лака, шампуни и краски, выделяют опасные для ДНК летучие соединения. Если ваша машина ездит на бензине, то, заправляясь, вы вдыхаете бензольные пары, способные повредить ваш исходный код (11). Когда в следующий раз окажетесь на заправке, стойте, отвернув голову от ветра.

Исследования показывают, что нарушения ДНК, спровоцированные токсическим воздействием, могут сказываться на будущих поколениях. К примеру, ДНК отцовской спермы повреждено такими химическими соединениями, как бисфенол А (используется при производстве пластика), диэтилфталат (используется для производства светящихся палочек) и кадмий (обнаружен в керамической глазури и сигаретном дыме).

С помощью эпигенетических механизмов вредные вещества способны изменить гены в сперме, и эти изменения передадутся потомкам (12). Или другой пример: бензол (в бензине), тетрахлорэтилен (используется при химической чистке) и сигаретный дым, которые воздействовали на женщину в период беременности, могут оставить непоправимый след на ДНК ребенка (13).

В некоторых случаях повреждение ДНК становится причиной болезни и даже смерти. Однако ее главная директива – остаться максимально нетронутой и быть переданной другим поколениям. Чтобы справиться с поставленной задачей, ДНК противостоит вредному воздействию при помощи защитных механизмов. В главе 9 я расскажу о том, какие продукты позволяют усилить эти механизмы, а сейчас давайте поговорим об их устройстве.