Еще одна серия экспериментов, которую провел канадский ученый доктор Моше Циф из Университета Макгилла в Монреале, показала, как гены реагируют на родительскую заботу [6]. 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 [7]. 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 [8]. 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 [9]. 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 [10]. 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 [11]. 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 [12]. 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 [13]. 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 [14]). 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) [15]. 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 [16]. 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) [17]. 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.