Вы когда-нибудь задумывались о том, как мало мы знаем об окружающем нас мире и о себе? Правда состоит в том, что каждый из нас является сложной системой, которая обусловлена нашими установленными генами.
Но почему в последнее время так часто говорят о генах и особенно о стволовых клетках?
Представьте, что вы идентичные близнецы. Как вы думаете, вы будете точно так же с вашим близнецом?
Ответ - нет ...
Даже когда ДНК точно такая же, мы все разные. Мы отличаемся тем, как работают гены. Различия связаны с различными внутриутробными условиями, в результате которых близнецы получают разные стимулы от матери. Потребление питательных веществ не одинаково, размер плаценты также имеет значение. Все это приводит к различиям в работе генов. Кроме того, было показано, что близнецы, различающиеся по росту и весу, демонстрируют различия в активности генов, ответственных за определенный тип метаболизма.
Что такое эпигенетика?
Наука, которая изучает механизмы контроля активности генов, называется эпигенетикой (или «супергенетикой»). Название происходит от греческого слова «эпический», что означает «сверх» и генетика (наука о наследственности). Эпигенетика была проблемой для ученых с древних времен. Даже Гиппократ (400 г. до н.э.) заметил, что одни и те же заболевания у разных людей протекают по-разному. Он формулирует три основных фактора, которые влияют на наше существование и проявление наших генов. По его мнению, это солнце, вода и случайные факторы, такие как травмы и стресс. Другими словами, среда и ее факторы определяют активность генов.
Совсем недавно в разговоре с моим другом, ученым-математиком, я услышал интригующее сравнение о взаимодействии генетики и эпигенетики с кирпичами в одном здании. Это именно то, что я буду использовать здесь, и это гласит:
«Если гены - это кирпичи, из которых строится дом, эпигенетика - это команда архитектора, инженера и рабочего, которая решит, как расположить эти кирпичи в строительстве».
Это будет зависеть от их подхода и дизайна и от того, как будет выглядеть новая конструкция. То же самое касается факторов окружающей среды, которые определяют, как работают гены.
Каковы механизмы, которые активируют гены?
Существует несколько механизмов, которые влияют на эпигенетические изменения в нашем геноме. Прежде всего, это метилирование ДНК. Химическая группа под названием метил связывается со строительными блоками ДНК - нуклеотидами (четыре буквы A, D, C и T). Добавление или удаление метильной группы в ДНК приводит к остановке или усилению работы генов в соответствующем сайте. Оба процесса осуществляются с помощью специальных ферментов, но вызваны изменениями в окружающей среде, в зависимости от рациона питания, физической активности и т. д.
Изменения в укладке и расположении ДНК в ядре клетки также включают важные эпигенетические процессы. Известно, что молекула ДНК в клетке имеет длину около 2 метров и должна быть собрана в ядро размером в одну сотую миллиметра. Цель состоит в том, чтобы складывать, хранить, но сохранять активность ДНК. Это делается с помощью специальных белков, называемых гистонами. Проблема в том, что для использования информации в ДНК она должна быть доступной, т.е. без белка. Это также ключевые эпигенетические точки в регулировании работы генов. Связь между ДНК и гистонами ослаблена химическими изменениями. Изменения влияют как на ДНК, так и на гистоны. Эти процессы осуществляются специализированными ферментами, и когда работа этих генов больше не нужна.
Влияет ли еда на эпигенетику?
Метилирование ДНК, гистоны, участвующие в упаковке ДНК, и ферменты, которые вносят в них химические изменения, называются эпигенетическими факторами и лежат в основе эпигенетики. Они полностью зависят от факторов окружающей среды, зависят от образа жизни: питания, физической активности, поддержания здоровой среды эмоционального и психического развития с раннего возраста, благоприятной эмоциональной среды в трудовой жизни и дома и т. д.
Научно доказано, что в результате питания в организме человека циркулирует более 10000 различных биологически активных ингредиентов. Среди них более 1000 видов являются лекарственными веществами, 3000-4000 видов являются питательными веществами, и все эти молекулы не только циркулируют в кровотоке, но и попадают в клетки, связываются с ДНК и химически модифицируют ее, маркируют гены и контролируют их деятельность. Питание является важным эпигенетическим механизмом, который определяет общее проявление нашей генетики с момента нашего внутриутробного развития до конца нашей жизни. Последние данные показывают, что диеты с низким содержанием фолиевой кислоты, например, приводят к снижению уровня метилирования ДНК и проявлению различных заболеваний, таких как рак головы или шеи; рак желудка и многое другое.
Есть ли заболевания, связанные с эпигенетикой?
Существует много данных о болезнях, при которых основной причиной их проявления является измененная эпигенетика. К ним относятся рак, старение, связанные нейродегенеративные заболевания (болезнь Альцгеймера, Паркинсона), широкий спектр психических расстройств, расстройства метаболического синдрома и многое другое. Другой пример - шизофрения. Было доказано, что у идентичных близнецов, если один заболевает шизофренией, другой может никогда не заболеть. Что еще свидетельствует о том, что факторы окружающей среды по-разному влияют на одну и ту же генетику? Диабет 2 типа является одним из заболеваний, для которых есть доказательства, что это происходит из-за эпигенетических факторов. При этом заболевании было доказано, что часто ген, называемый PARGC1A, молчит (т.е. не работает). И это достигается путем метилирования участка ДНК, который его кодирует, не в результате мутации и изменения в ДНК. Этот ген является регулятором количества инсулина, синтезируемого в клетках, и его молчание приводит к снижению уровня инсулина.
Тем не менее, важно понимать, что даже если у нас есть генетическая предрасположенность к определенному типу заболевания, она никогда не сможет проявиться, если у нас будет надлежащая эпигенетика, чтобы держать эти гены в покое. Возьмем, к примеру, профессора Джеймса Уотсона, одного из первооткрывателей структуры ДНК, одного из первых, кто полностью прочитал геном. У него есть доказанная мутация в его геноме, которая увеличивает риск развития болезни Альцгеймера. Профессор хорошо себя чувствует в течение 90 лет, и нет никаких признаков возникновения болезни Альцгеймера.
Другими словами, эпигенетика является двигателем нашей генетики и определяет проявления наших генов. Чтобы быть здоровыми, нам нужна хорошая команда архитекторов, инженеров и строителей, чтобы создать шедевр с нашей генетикой.
