Понимаете ли вы, что отечественные клетки владеют памятью? Они не забывают не только то, что вы в большинстве случаев едите на ланч, но и чем питались на протяжении беременности бабушка и ваша мама. Ваши клетки прекрасно не забывают, занимаетесь ли вы спортом и как довольно часто употребляете алкоголь. Память клеток хранит в себе ваши встречи с вирусами да и то, как очень сильно вас обожали в юные годы. Клеточная память решает, станете ли вы склонны к депрессиям и ожирению.

Благодаря клеточной памяти мы не похожи на шимпанзе, не смотря на то, что имеем с ним приблизительно однообразный состав генома. И эту необычную изюминку отечественных клеток помогла осознать наука эпигенетика.

Эпигенетика — достаточно молодое направление современной науки, и до тех пор пока она не так широко известна, как ее «сестра » генетика. В переводе с греческого предлог «эпи- свидетельствует «над», «выше», «поверх». В случае если генетика изучает процессы, каковые ведут к трансформациям в отечественных генах, в ДНК, то эпигенетика исследует трансформации активности генов, при которых структура ДНК остается прошлой.

Возможно представить, словно бы некоторый «начальник» в ответ на внешние стимулы, такие как питание, эмоциональные стрессы, физические нагрузки, отдает распоряжения отечественным генам усилить либо, напротив, ослабить их активность.

Управление мутацией

Развитие эпигенетики как отдельного направления молекулярной биологии началось в 1940-х. Тогда британский генетик Конрад Уоддингтон сформулировал концепцию «эпигенетического ландшафта», растолковывающую процесс формирования организма. Продолжительное время считалось, что эпигенетические превращения свойственны только для начального этапа развития организма и не наблюдаются во взрослом возрасте.

Но сейчас была взята целая серия экспериментальных доказательств, каковые произвели в генетике и биологии эффект разорвавшейся бомбы.

Переворот в генетическом мировоззрении случился в самом финише прошлого века. Сходу в нескольких лабораториях был взят последовательность экспериментальных данных, вынудивших генетиков очень сильно призадуматься. Так, во второй половине 90-ых годов двадцатого века швейцарские исследователи под управлением Ренато Паро из Университета Базеля проводили опыты с мухами дрозофилами, у которых благодаря мутаций был желтый цвет глаз.

Обнаружилось, что под действием увеличения температуры у мутантных дрозофил рождалось потомство не с желтыми, а с красными (как в норме) глазами. У них активировался один хромосомный элемент, что и менял цвет глаз.

К удивлению исследователей, красный цвет глаз сохранялся у потомков этих мух еще в течение четырех поколений, не смотря на то, что они уже не подвергались тепловому действию. Другими словами случилось наследование купленных показателей. Ученые были вынуждены сделать сенсационный вывод: вызванные стрессом эпигенетические трансформации, не затронувшие сам геном, смогут закрепляться и передаваться следующим поколениям.

Но, может, такое не редкость лишь у дрозофил? Не только. Позднее стало известно, что у людей влияние эпигенетических механизмов также играется весьма громадную роль. К примеру, была распознана закономерность, что предрасположенность взрослых людей к диабету 2-го типа может во многом зависеть от месяца их рождения.

И это при том, что между влиянием определенных факторов, связанных со временем года, и происхождением самого заболевания проходит 50−60 лет. Это наглядный пример так именуемого эпигенетического программирования.

Что же может связывать предрасположенность к диабету и дату рождения? Новозеландским ученым Питеру Глюкману и Марку Хансону удалось сформулировать логическое объяснение этого парадокса. Они внесли предложение «догадку несоответствия» (mismatch hypothesis), в соответствии с которой в развивающемся организме может происходить «прогностическая» адаптация к условиям обитания, ожидающимся по окончании рождения.

В случае если прогноз подтверждается, это увеличивает шансы организма на выживание в мире, где ему предстоит жить. В случае если нет — адаптация делается дезадаптацией, другими словами заболеванием.

К примеру, в случае если на протяжении внутриутробного развития плод приобретает недостаточное количество пищи, в нем происходят метаболические перестройки, направленные на запасание пищевых ресурсов впрок, «на тёмный сутки». В случае если по окончании рождения пищи вправду мало, это оказывает помощь организму выжить. В случае если же мир, в который попадает человек по окончании рождения, выясняется более успешным, чем прогнозировалось, таковой «запасливый» темперамент метаболизма может привести к диабету и ожирению 2-го типа на поздних этапах судьбы.

Испытания, совершённые в 2003 году американскими учеными из Дюкского университета Рэнди Джиртлом и Робертом Уотерлендом, уже стали хрестоматийными. Несколькими годами ранее Джиртлу удалось встроить неестественный ген простым мышам, почему те рождались желтыми, толстыми и больными. Создав таких мышей, Джиртл с сотрудниками решили проверить: запрещено ли, не удаляя дефектный ген, сделать их обычными?

Оказалось, что возможно: они добавили в корм беременным мышам агути (так нарекли желтых мышиных «монстров») фолиевую кислоту, витамин В12, метионин и холин, и в следствии этого показалось обычное потомство. Пищевые факторы были талантливыми нейтрализовать мутации в генах. Причем действие диеты сохранялось и в нескольких последующих поколениях: детеныши мышей агути, появившиеся обычными благодаря пищевым добавкам, сами рождали обычных мышей, не смотря на то, что питание у них было уже простое.

Возможно с уверенностью заявить, что период первых месяцев и беременности судьбы самый ответствен в жизни всех млекопитающих, среди них и человека. Как метко выразился германский нейробиолог Петер Шпорк, «в преклонных годах на отечественное здоровье иногда значительно посильнее воздействует рацион отечественной матери во время беременности, чем пища в текущий момент судьбы».

Будущее по наследству

Самый изученный механизм эпигенетической регуляции активности генов — процесс метилирования, что содержится в добавлении метильной группы (одного атома углерода и трех атомов водорода) к цитозиновым основаниям ДНК. Метилирование может оказывать влияние на активность генов несколькими методами.

В частности, метильные группы смогут физически мешать контакту фактора транскрипции (белка, осуществляющего контроль процесс синтеза информационной РНК на матрице ДНК) со специфичными участками ДНК. Иначе, они трудятся в связке с метилцитозин-связывающими белками, участвуя в ходе ремоделирования хроматина — вещества, из которого состоят хромосомы, хранилища наследственной информации.

Метилирование ДНК Метильные группы присоединяются к цитозиновым основаниям, не разрушая и не изменяя ДНК, но воздействуя на активность соответствующих генов. Существует и обратный процесс — деметилирование, при котором метильные группы удаляются и начальная активность генов восстанавливается.

Метилирование участвует во многих процессах, которые связаны с формированием и развитием всех систем и органов у человека. Один из них — инактивация X-хромосом у эмбриона. Как мы знаем, самки млекопитающих владеют двумя копиями половых хромосом, обозначаемых как X-хромосома, а самцы ограничиваются одной X и одной Y-хромосомой, которая намного меньше по размеру и по количеству генетической информации.

Дабы уравнять самок и самцов числом генных создаваемых продуктов (РНК и белков), большая часть генов на одной из X-хромосом у самок выключается.

Кульминация этого процесса происходит на стадии бластоцисты, в то время, когда зародыш складывается из 50−100 клеток. В каждой клетке хромосома для инактивации (отцовская либо материнская) выбирается случайным образом и остается неактивной во всех последующих генерациях данной клетки. С этим процессом «перемешивания» отцовских и материнских хромосом связан тот факт, что дамы значительно менее страдают болезнями, которые связаны с X-хромосомой.

Метилирование занимает важное место в клеточной дифференцировке — ходе, благодаря которому «универсальные» эмбриональные клетки развиваются в специальные клетки органов и тканей. Мышечные волокна, костная ткань, нервные клетки — все они появляются благодаря активности строго определенной части генома. Кроме этого как мы знаем, что метилирование играется ведущую роль в подавлении большинства разновидностей онкогенов, и некоторых вирусов.

Метилирование ДНК имеет громаднейшее прикладное значение из всех эпигенетических механизмов, поскольку оно напрямую связано с пищевым рационом, эмоциональным статусом, мозговой деятельностью и другими внешними факторами.

Эти, прекрасно подтверждающие данный вывод, были взяты в начале этого века американскими и европейскими исследователями. Ученые обследовали пожилых голландцев, появившихся сразу после войны. Период беременности их матерей совпал с весьма тяжелым временем, в то время, когда в Голландии зимний период 1944−1945 годов был настоящий голод. Ученым удалось установить: сильный эмоциональный стресс и полуголодный рацион матерей самым негативным образом оказал влияние на здоровье будущих детей.

Появившись с малым весом, они во взрослой судьбе многократно чаще были подвержены заболеваниям сердца, диабету и ожирению, чем их соотечественники, появившиеся на год либо два позднее (либо ранее).

Анализ их генома продемонстрировал отсутствие метилирования ДНК как раз в тех участках, где оно снабжает сохранность хорошего здоровья. Так, у пожилых голландцев, чьи матери пережили голод, было заметно понижено метилирование гена инсулиноподобного фактора роста (ИФР), почему количество ИФР в крови увеличивалось. А данный фактор, как известно ученым, имеет обратную сообщение с длительностью судьбы: чем выше в организме уровень ИФР, тем жизнь меньше.

Позднее американский ученый Ламбер Люмэ понял, что и в новом поколении дети, появившиеся в семьях этих голландцев, кроме этого оказались на свет с ненормально малым весом и чаще вторых болели всеми возрастными заболеваниями, не смотря на то, что их родители жили в полной мере благополучно и прекрасно питались. Гены запомнили данные о голодном периоде беременности бабушек и передали ее кроме того через поколение, внукам.

Гены не решение суда

Наровне со недоеданием и стрессом на здоровье плода смогут воздействовать бессчётные вещества, искажающие обычные процессы гормональной регуляции. Они стали называться «эндокринные дизрапторы» (разрушители). Эти вещества, в большинстве случаев, имеют неестественную природу: человечество приобретает их промышленным методом для собственных потребностей.

Самый хороший и негативный пример — это, пожалуй, бисфенол-А, уже много лет использующийся в качестве отвердителя при изготовлении изделий из пластмасс. Он содержится в некоторых видах пластиковой тары — бутылок для воды и напитков, пищевых контейнеров.

Отрицательное действие бисфенола-А на организм содержится в способности «уничтожать» свободные метильные группы, нужные для метилирования, и подавлять ферменты, прикрепляющие эти группы к ДНК. Биологи из Гарвардской медицинской школы нашли свойство бисфенола-А тормозить созревание яйцеклетки и тем самым приводить к бесплодию.

Их коллеги из Колумбийского университета нашли свойство бисфенола-А стирать различия между полами и стимулировать рождение потомства с гомосексуальными наклонностями. Под действием бисфенола нарушалось обычное метилирование генов, кодирующих рецепторы к эстрогенам, женским половым гормонам. Вследствие этого мыши-самцы рождались с «женским» характером, покладистыми и спокойными.

К счастью, существуют продукты, оказывающие хорошее влияние на эпигеном. К примеру, регулярное потребление зеленого чая может снижать риск онкозаболеваний, потому, что в нем содержится определенное вещество (эпигаллокатехин-3-галлат), которое может активизировать гены-супрессоры (подавители) опухолевого роста, деметилируя их ДНК. Сейчас популярен модулятор эпигенетических процессов генистеин, содержащийся в продуктах из сои.

Многие исследователи связывают содержание сои в рационе обитателей азиатских государств с их меньшей подверженностью некоторым возрастным заболеваниям.

Изучение эпигенетических механизмов помогло осознать ответственную истину: многое в жизни зависит от нас самих. В отличие от довольно стабильной генетической информации, эпигенетические «метки» при определенных условиях смогут быть обратимыми. Данный факт разрешает рассчитывать на принципиально новые способы борьбы с распространенными заболеваниями, основанные на устранении тех эпигенетических модификаций, каковые появились у человека под действием негативных факторов.

Использование подходов, направленных на корректировку эпигенома, открывает перед нами громадные возможности.

Многоликая эпигенетика

Эпигенетические процессы реализуются на нескольких уровнях. Метилирование действует на уровне отдельных нуклеотидов. Следующий уровень — это модификация гистонов, белков, участвующих в упаковке нитей ДНК. От данной упаковки кроме этого зависят репликации и процессы транскрипции ДНК.

Отдельная научная ветвь — РНК-эпигенетика — изучает эпигенетические процессы, которые связаны с РНК, а также метилирование информационной РНК.

В ответе за случайность

Практически все дамы знают, что на протяжении беременности крайне важно потреблять фолиевую кислоту. Фолиевая кислота вместе с витамином В12 и аминокислотой метионином является донором, поставщиком метильных групп, нужных для обычного протекания процесса метилирования.

Витамин В12 и метионин практически нереально взять из вегетарианского рациона, поскольку они находятся в основном в животных продуктах, исходя из этого разгрузочные диеты будущей мамы смогут иметь для ребенка самые неприятные последствия. Недавно было найдено, что недостаток в рационе этих двух веществ, и фолиевой кислоты может стать обстоятельством нарушения расхождения хромосом у плода. А это очень сильно повышает риск рождения ребенка с синдромом Дауна, что в большинстве случаев считается легко ужасной случайностью.

Кроме этого как мы знаем, что стресс и недоедание во время беременности меняет в нехорошую сторону концентрацию многих гормонов в организме плода и матери — глюкокортикоидов, катехоламинов, инсулина, шума роста и др. Вследствие этого у зародыша начинают происходить негативные эпигенетические трансформации в клетках гипофиза и гипоталамуса. Это угрожает тем, что кроха покажется на свет с искаженной функцией гипоталамо-гипофизарной регуляторной совокупности.

Вследствие этого он будет хуже справляться со стрессом самой разной природы: с заразами, физическими и психологическими нагрузками и на данный момент.?д. В полной мере разумеется, что, не хорошо питаясь и переживая на протяжении вынашивания, мама делает из собственного будущего ребенка уязвимого со всех сторон неудачника.

Статья «Эпигенетика: гены и кое-что сверху» размещена в издании «Популярная механика» (№148, февраль 2015).

#14 Биология. Мутации

Интересные записи на сайте:

• Везучий резерфорд: мужчины спорят омоделях
• Астероид 2015 ybсблизится сземлей всубботу на60 тысяч километров
• Люди, которые строят россию: макет
• Китайские генетики продадут микросвиней, полученных в экспериментах по редактированию генома
• Женщины чаще сталкиваются с проблемами мочевыводящих путей, чем мужчины

Подобранные по важим запросам, статьи по теме:

• Потусторону слов: эмоции

  Многим читателям понятия «невербалика» и «теория лжи» привычны по одноименному в русском переводе сериалу (в оригинале Lie to Me), что пара лет шел по…

• Жизнь неправильной молекулы: белки

  Что такое жизнь? Где проходит граница между живой и неживой материей? Возможно ли вычислять формой судьбы что-то, складывающееся из одной молекулы —…

• Беременность и йога — так ли все безопасно

  на данный момент большое количество пишут о разных методиках упрочнения физического состояния дамы на протяжении беременности. Все это так — вправду, для…

• Зачем надо завтракать

  какое количество бы нам ни повторяли популярное «Ланч съешь сам, обедом поделись с втором, ужин дай неприятелю», вынудить себя покушать с утра может…

• Что умеют люди сосверхспособностями

  Необыкновенные возможности людей значительно чаще обусловлены генетически, но время от времени являются следствием нервных расстройств. Влияние…

• Зубы мудрости — нужно ли их удалять

  Зуб мудрости имеет совершенно верно такую же структуру, как и все остальные многокоренные зубы в ротовой полости человека. В медицинской терминологии зуб…