Эпигенетика простыми словами это - Центр семейных родов «Радуга»

Что такое эпигенетика?

Генетика – это раздел биологии, изучающий механизмы наследственности. Эпигенетика – раздел биологии, изучающий механизм влияния окружающей среды на реализацию генетического сценария и на конечный результат – функционирование организма.

Говоря проще – есть Сценарий – текст пьесы. Есть режиссерское прочтение – Постановка, акценты, паузы, работа актеров. Постановка может почти полностью изменить смысл прочтения пьесы, а может и почти не влиять на смысл. Наш генетический код (ДНК) – это сценарий нашего бытия. На прочтение и реализацию влияет все – протекание беременности, роды, образ жизни (питание, курение, алкоголь, физическая активность, хобби), психологические и физические достижения и травмы. И конечно влияют внешние факторы, начиная с уровня медицины, культуры, политики, состояния экологической безопасности. 

Можно привести другой похожий пример. 

Фраза «Казнить нельзя помиловать» – это геном. Запятая в этой фразе – эпигенетическое прочтение. Запятая в этой фразе будет обязательно, иначе в ней нет смысла. Какие внешние факторы повлияют на место запятой – объект нового научного интереса.

Механизм работы эпигенетических механизмов разнообразен и почти не изучен. Есть несколько частей этого явления. 

Начнем с генетики. Известно, что Хромосомы человека (23 пары) состоят на 2% из участков, кодирующих гены (программы, кодирующие белки), и остальная некодирующая часть. Эта часть досталась нам от наших эволюционно предшествующих предков, от вирусов, с которыми столкнулись предки и даже мы сами. Сейчас считается, что у человека примерно 22 000 генов. Гены (участки ДНК) состоят из триплетов, кодирующих одну аминокислоту из 20 человеческих. Последовательность этих аминокислот формирует белки. Те 98% информации, которая хранится в наших хромосомах, не кодирует белки!

Для того, чтобы клетка могла создать белок, существует механизм считывания информации с участка ДНК, передачи этой информации с помощью матричной РНК и переноса информации для дальнейшего создания белка в Рибосоме – некоем органе в клетке. 

Механизм этот очень красивый и логичный. И на первый взгляд вполне однозначный. Вот тут-то и включается эпигенетика. 

Вот парадокс – в некодирующей (как бы) части ДНК (в этих 98%) могут появиться выключатели – метильные группы, метки, которые могут влиять на то, сколько этого белка будет создано. Но на сами гены эти переключатели не влияют. Получается следующее – образ жизни (курение, работа, стиль питания, физические нагрузки и т.п.) могут расставлять метки в генетическом коде и влиять на то, как гены – здоровые или не очень, будут работать в реальности. Близнецы с одинаковым геномом в результате редактирования могут болеть разными болезнями и иметь разную продолжительность жизни в зависимости от некоторых внешних факторов. С другой стороны, кое-что мало поддается редактированию, например, репродуктивные женские особенности – наступление первых месячных и менопаузы.

А теперь зададимся таким вопросом: если такие метильные метки стоят у конкретного человека, то, так как они не входят в состав генома, то и НЕ должны передаваться потомкам при создании его половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов по механизму Мейоза – принципиальной схемы полового размножения). А вот и нет! 

Часть меток передаются детям, внукам и дальше. Кое-какие механизмы уже изучены – например, как влияние голодания в детстве или избыточного питания влияет на здоровье потомков (появление ожирения, гипертонической болезни, метаболического синдрома и даже продолжительности жизни). В качестве примера можно привести исследования потомков людей, переживших голод Голландской голодной зимы 1944-1945 годов, блокады Ленинграда или жителей шведской деревни Оверкалис в 19-20 веках. В зависимости от возраста, в котором был пережит голод, у потомков !! этих людей могли как увеличиваться риски некоторых обменных заболеваний, так и, наоборот, удлиниться периоды здоровой жизни. 

Идут исследования – как перинатальный стресс (хронический стресс, повышенный уровень кортизола во время беременности и в период новорожденности) влияет на устойчивость к стрессу самого человека и его потомков, хотя он сам эти стрессовые события не может помнить, а его потомки тем более. 

Есть еще другие механизмы регуляции, кроме метилирования конкретных участков генов. Например, микроРНК – небольшие участки, которые могут блокировать некоторые области генома. Есть ацетелирование гистонов – механизм, противоположный метилированию, который, наоборот, включает экспрессию генов.

Важно еще и то, что 45% генома человека составляют «прыгающие гены» или Транспозоны – участки некодирующей повторяющейся ДНК, которые могут встраиваться в кодирующие и дают возможность приспосабливаться к значительным изменениям внешней среды (стрессам) и являются одним из механизмов эволюции. Несомненно, в «перепрыгивании» транспозонов бывают ошибки, что может приводить к генетическим заболеваниям. Но эти риски компенсируются возможностью иметь пластичную нервную систему и мозаичный (неодинаковый) геном нейронов у взрослого человека, способного приспосабливаться к сложным внешним условиям. Именно из-за работы самого распространенного варианта – ретротранспозонов, человек может выживать в экстремальных условиях. А еще эти «прыгающие гены» принимают важнейшее участие в формировании приобретенного иммунитета, одного из важнейших факторов выживания млекопитающих. Эти мобильные элементы меняют последовательность ДНК в клетках иммунной системы для формирования антител после встречи с патогеном.

Импринтинг – еще один механизм регуляции экспрессии генов. Он связан с тем, что у человека есть две копии генов – от отца и от матери. Около 1% генов (из этих примерно 22 000) работают в избранном эволюцией режиме – работает или только отцовский, или только материнский вариант гена. Другая, параллельная часть (аллель) заблокирована метилированием. Например, большая часть функций плаценты наследуется от отца. Вот почему невозможно получить ребенка из 2 яйцеклеток или 2 сперматозоидов.  Некоторые гены у этого создания вообще не смогут работать. Уже известно, что ребенок при своем рождении наследует вес своего отца при его рождении, и это связано с импринтингом конкретного отцовского гена – инсулиноподобного фактора роста.

Есть конкретные примеры, уже вошедшие в нашу повседневную жизнь.

Понятие «Внутриутробное программирование здоровья взрослых» – это и есть Эпигенетика. Положительный эффект от приема фолиевой кислоты перед наступлением беременности обоими родителями и в 1 триместре матерью приводит к уменьшению пороков развития нервной трубки, врожденных пороков сердца и мочеполовой системы – это Эпигенетика. 

Понятие «Раннее программирование здоровья взрослых» – это тоже Эпигенетика. Например, влияние грудного вскармливания детей на их будущее здоровье через влияние на качество и количество их микробиоты. В частности, Грудное вскармливание влияет на реализации генов, связанных с риском болезни Альцгеймера. Влияние стволовых клеток грудного молока на экспрессию генов и редактирование некоторых «сбойных» участков генома – это все Эпигенетика. Влияние пережитого перинатального стресса на заболевания обмена веществ у взрослых – это тоже Эпигенетика.

Недостаточный уровень белка в питании будущей матери, нарушение функции плаценты, рождение маловесных детей и дальнейшие риски кардиоваскулярных и метаболических нарушений во взрослом возрасте – это Эпигенетика.

Поиски попыток влияния на работу клеток, например поиск лекарств от рака – это Эпигенетика. 

Генотип влияет на Фенотип. Наша наследственная информация влияет на то, какие мы есть. Но, исходя из общесистемных соображений, мы можем говорить о наличии обратной связи в процессе эволюции. То, как мы проживаем свою жизнь, влияет на нашу наследственную информацию и передачу ее потомкам. Обратная связь в природе, как положительная, так и отрицательная теперь стала очевидной, но пока плохо изученной. 

Приходится признать, что изучение эпигенетики может приводить к изменению нашего «линейного мышления»: внешние причины –> следствие. А «нелинейное мышление» позволит нам понять как состояние системы (живого существа) зависит от внутренних процессов в ней же самой. И, возможно, мы когда-то сможем проследить замысел эволюции.

Литература:

  1. Несса Кэри. Эпигенетика. Как современная биология преписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности. 2012
  2. Рождение ребенка, дистресс и риск болезней.  Под редакцией М. Л. Пауэра, Дж. Шулькина. 2010
  3. Елена Клещенко. ДНК и ее человек. Краткая история ДНК идентификации. 2020
  4. Сэм Кин. Синдром Паганини. 
  5. Транспозоны
  6. Геномный импринтинг

Автор: Шендерова Лидия, акушерка. Центр семейных родов «Радуга», Санкт-Петербург.