Відображення раннього досвіду у ДНК

Моше Шиф є новатором в області епігенетики, науки про те, як живі організми перепрограмовують свій геном відповідно до соціальних факторів, таких як стрес та відсутність їжі. Як припускають його дослідження, біохімічні сигнали, що передаються дитині від матері, несуть у собі інформацію про навколишній світ, змінюючи експресію генів. «ДНК – це не просто послідовність букв; не просто запис», – стверджує Шиф. «ДНК – це динамічна кіноплівка, куди записується наш досвід».

Основний задум виник

в одному із затишних барів Мадрида.

Я зустрів Майкла Міні,
колегу з університету МакГілла.

Ми випили пива,

і, як заведено у науковців,

завели мову про роботу.

Він розповів мені, що вивчає,
як самки щурів вилизують дитинчат

у перші дні життя.

Я відповів йому:

«Ось на що витрачаються
мої податки...

(Сміх)

на подібні експерименти».

Тоді він сказав,

що щури, подібно до людей,

вилизують дитинчат по-різному.

Деякі матері занадто ретельні,

інші піклуються недостатньо,

більшість проявляють
помірну активність.

Але, що цікаво,

коли щурята виростають,
а їхні матері помирають...

коли за людською міркою
спливають роки,

вони стають зовсім різними
за характером.

Ті щурята, яких ретельно
вилизували і пильнували,

матері яких приділяли їм
багато часу,

є менш схильними до стресу.

Вони проявляють
іншу сексуальну поведінку.

Ведуть інший спосіб життя

на відміну від щурят,
якими матері опікувалися менше.

Саме тоді я подумав:

«Чи так це насправді?

Як це взагалі діє?»

Як стверджують генетики,

у таких самок щурів може бути присутній
ген «поганої матері»,

який робить щурят
більш податливими до стресу

і передається від покоління
до покоління;

в основі всього лежить генетика.

Можливо, існує інше пояснення?

Вивчаючи щурів, ми знайдемо
відповідь на це запитання.

Отже, ми спробували
замінити дитинчат.

Тобто ми розділили приплід,
новонароджених щурят,

між двома різними
прийомними матерями...

не біологічними матерями,
але тими, що піклуватимуться про них:

облизуючи щурят часто
або рідко.

І зробили протилежне зі щурятами,
яких облизували рідко.

Відповідь нас приголомшила:

гени, отримані від матері,
не мають значення.

Особливості характеру щурят
залежали не від кровного споріднення.

А від матері,
яка піклувалась про них.

Тож як це працює?

Я - епігенетик.

Я вивчаю маркування генів,

хімічне,

під час ембріонального розвитку,
у материнській утробі,

а також, як гени проявляються

у різних тканинах.

У мозку, печінці та очах
існує експресія різних генів.

У нас виникла думка:
чи можливо,

що мати якимось чином
змінює ген дитини

своєю поведінкою?

Ми займались цим 10 років

і виявили низку
біохімічних процесів,

завдяки яким облизування і догляд,
піклування матері

перетворюються на біохімічні сигнали,

що поступають до нервового центру
та ДНК

і перепрограмовують їх.

Таким чином тварина готується
до того, що чекає на неї у майбутньому.

Чи буде життя важким?

Чи вистачить їжі?

Навколо кишітимуть
змії та коти,

чи пощастить жити
у розкішному районі,

де достатньо лише
поводитися пристойно,

аби заслужити суспільне прийняття?

Давайте розглянемо, наскільки
важливий цей процес

для нас.

Ми успадковуємо ДНК від предків.

ДНК існує дуже давно.

Вона виникла у ході еволюції.

Але ДНК не визначить,
чи судилося вам народитися у Стокгольмі,

де дні довші влітку
і коротші взимку,

чи в Еквадорі,

де світлий час доби однаковий
впродовж року.

Ці фактори мають неабиякий вплив
на нашу фізіологію.

Тож припустимо, що події,
які трапилися на початку життя,

ті сигнали, що передаються
від матері,

дають дитині уявлення про соціум,
що її оточуватиме.

Він буде жорстокий, тож
треба починати хвилюватися,

або ж життя буде легким,
і можна стати, ким забажаєш.

Чи буде в її житті
достатньо світла?

Чи вистачить їжі?

Бо якщо їжі буде мало,

слід підготувати мозок до необхідності
з'їдати все до останньої крихти

і перетворювати кожну калорію
на жир.

Тож все продумано.

Цей еволюційний процес

розвиває у нашій незмінній ДНК
здатність до пристосування

до нового оточення.

Але іноді щось може піти не так;

наприклад, дитина народилась
у бідній родині

і отримує сигнал: «Наїдайся,

з'їдай всю їжу,
що трапляється на твоєму шляху».

Але людський мозок розвивається,

еволюціонує швидкими темпами.

За долар можна поїсти у МакДональдсі.

Отже, всі підготовчі сигнали,
отримані від матері,

більше не відповідають дійсності.

Вони повинні були захистити нас
від голоду,

а натомість викликають ожиріння,

серцево-судинні захворювання
і порушення обміну речовин.

Тож концепція маркування генів
на основі минулого досвіду,

особливо досвіду перших років життя,

може пояснити,

як фактори здоров'я,
так і причини захворювань.

Але чи справджується теорія
тільки на щурах?

Справа у тому, що ми нездатні
перевірити її на людях,

бо, з етичних міркувань, не можемо
довільно розподіляти несприятливі фактори.

Тож якщо дитина у бідній родині
матиме певну рису,

ми не знатимемо, чи
причина у бідності,

чи у поганій генетиці.

Генетики скажуть, що
бідні люди є бідними,

бо такими їх роблять гени.

Епігенетики скажуть вам,

що бідні люди опинились
у несприятливому оточенні,

що формує цей фенотип,
цю якість.

Тож ми почали вивчати наших
найближчих родичів – мавп.

Мій колега, Стівен Суомі,
виховував мавп

двома різними способами:

обрані довільним чином
мавпенята передавались

на виховання няньці

в умовах сурогатного материнства.

У них не було матері –
лише нянька.

Інші мавпенята виховувались
рідними матерями.

Коли вони виросли,
то виявились зовсім різними.

Мавпи, що росли із матір'ю,
не вживали алкоголь,

не проявляли сексуальну агресію.

Мавпи, у яких не було матері,
були агресивними, напруженими,

вони стали алкоголіками.

Ми вивчали їх ДНК відразу
після народження, щоб дізнатися:

чи насправді матір маркує гени?

Чи залишає вона свій відбиток
на ДНК дитини?

Цим мавпам 14 днів.

І саме так працює
сучасна епігенетика.

Ми позначаємо хімічні мітки,
які називаються мітками метилювання,

на ДНК на мононуклеотидній здатності.

Ми можемо позначити цілий геном.

І маємо можливість порівняти
тварин, які росли з матір'ю і без.

Ось як це виглядає.

Гени з більшим рівнем метилювання
позначені червоним.

А гени з меншим
рівнем метилювання – зеленим.

Як бачите, деякі гени змінюються,

тому що сирітство впливає
не лише на один аспект життя...

воно змінює світовідчуття;

ми отримуємо сигнал про те,
яким буде навколишній світ

у майбутньому.

Ми маємо дві групи мавп,

що надзвичайно відрізняються
одна від одної.

Коли ж починається цей процес?

Ці мавпенята не знали своїх матерів,

тож отримали соціальний досвід.

Чи соціальний статус усвідомлюється
при народженні?

Ми провели експеримент,
в якому взяли плаценти мавп

з різним соціальним статусом.

Що цікаво, всі живі істоти
групують соціальне положення

за ієрархічною структурою.

Мавпа номер один – лідер;

мавпа номер чотири – підлеглий.

Якщо помістити чотирьох мавп у клітку,

серед них завжди буде лідер
і буде підлеглий.

Що цікаво,
мавпа номер один

набагато здоровіша,
ніж мавпа номер чотири.

Опинившись у клітці,

мавпа номер один матиме помірний апетит.

А мавпа номер чотири їстиме багато.

Даний розподіл метилювання вказує

на значну різницю
при народженні

між тваринами з високим
соціальним статусом

і тваринами,
які такого статусу не мали.

У момент народження ми вже
володіємо певною інформацією

щодо соціального стану,
яка не є доброю чи поганою,

а просто готує нас до життя;

нашим біологічним механізмам
потрібно налаштуватися

відповідно до визначеного
соціального статусу.

Але як перевірити цю теорію на людях?

Ми не можемо проводити експерименти,
довільно розподіляючи негаразди.

Але Бог сам експериментує на людях,

ми називаємо це стихійними лихами.

Одна з найбільших катастроф
в історії Канади

відбулась у провінції Квебек.

Велика ожеледь 1998 року.

Вона спричинила втрату
всієї електромережі

у розпал зими у Квебеці
при температурі

від мінус 20 до мінус 30 градусів.

Деякі жінки очікували немовлят
у той час.

Моя колега, Сьюзен Кінг, продовжувала
спостерігати за тими немовлятами

протягом 15 років.

Зі збільшенням рівня стресу –

а в даному випадку ми могли
його об'єктивно виміряти –

Як довго не було електроенергії?
Де ви провели цей час?

У свекрусиній квартирі
чи розкішному маєтку?

Ці фактори складають
шкалу соціального стресу;

і ми поставили собі питання:

як виглядають ті діти зараз?

Виявляється, зі збільшенням рівня стресу

у дітей з'являються аутистичні риси,

метаболічні розлади

та аутоімунні захворювання.

При графічному позначенні метилювання

ми бачимо, що зелені гени перетворюються
на червоні зі збільшенням стресу,

а червоні гени при цьому
стають зеленими,

У відповідь на стрес відбувається
повний перерозподіл геному.

Отже, якщо ми зможемо
програмувати гени,

якщо перестанемо залежати
від генетичної історії,

чи зможемо ми
змінити генетичну програму?

Епігенетичні фактори можуть
викликати рак,

метаболічні розлади

та психічні захворювання.

Візьмемо, наприклад,
кокаїнову залежність.

Це жахливий стан,

який може призвести до
летальних наслідків.

Ми поставили питання:

чи можна перепрограмувати
мозок із залежністю так,

щоб залежність зникла?

Ми скористалися моделлю
кокаїнової залежності,

яка повторює людську.

Наприклад, у старших класах

друзі пропонують спробувати кокаїн,

ми згоджуємось,
нічого не відбувається.

Через деякий час ми згадуємо,
як це було вперше,

купуємо кокаїн знову,

розвивається залежність
і наше життя змінюється назавжди.

Ми відтворили це на щурах.

Мій колега Гал Ядід

привчає тварин до кокаїну,

потім місяць – жодного кокаїну.

Потім він нагадує їм про ситуацію,
в якій вони вперше його спробували,

через кольорові сигнали
із періоду вживання кокаїну.

І вони божеволіють.

Натискають на важіль,
щоб отримати кокаїн,

доки не помирають.

Ми визначили, що основна різниця
між тваринами у тому,

що у період утримання
від наркотиків,

відсутності кокаїну,

відбувається перерозподіл епігеному.

Маркування генів є
зовсім іншим,

але коли надходить сигнал,
їхній геном

розвиває фенотип,
що формує залежність.

Цим тваринам давали препарати,
що або збільшували рівень метилювання ДНК,

який є епігенетичним маркером,

або зменшували його.

Ми визначили,
що при збільшенні рівня метилювання

тварини божеволіли ще більше.

Їхня потреба у кокаїні збільшувалась.

Але при зменшенні рівня метилювання ДНК

залежність не розвивалася.

Це – генетичне перепрограмування.

Основною різницею між
епігенетичним препаратом

та іншим препаратом

є те, що епігенетичні препарати

стирають минулий досвід,

який більше не повертається,

якщо не пережити його заново.

Відбувається перепрограмування.

Коли ми перевірили тварин
через 30 днів, 60 днів,

що за людською міркою дорівнює
десяткам років,

залежність відсутня... після
одного прийому епігенетичного препарату.

Що ж ми дізнались про ДНК?

ДНК – це не просто послідовність букв;

не просто запис.

ДНК – це динамічна структура

Наш минулий досвід записується,
наче на плівку.

На ДНК записано
фільм про наше життя,

а ми маємо пульт управління.

Тож можемо додати героя чи видалити його.

Попри детермінований характер
нашої генетики

ми маємо певний контроль
над генами,

і це надзвичайно
гарна новина,

що надає можливість боротися
зі смертельними хворобами,

такими як рак, психічні розлади,

використовуючи нові підходи,

з точки зору
недостатнього пристосування.

Якщо ми зможемо провести
епігенетичне втручання,

[то ми] зможемо перезняти фільм,
видаливши актора

і додавши нову
сюжетну лінію.

Отже, основна ідея моєї
сьогоднішньої доповіді:

наша ДНК складається з двох
основних компонентів,

двох шарів інформації.

Перший шар – давня інформація,

що еволюціонувала за
мільйони років.

Її фіксована структура
майже не змінюється.

Другий шар інформації – епігенетичний,

відкритий та динамічний,

що має інтерактивний характер,

і надає нам значний контроль
над нашою власною долею,

вплив над долею наших дітей

та, сподіваюсь, шанс
подолати хвороби

і серйозні розлади здоров'я,

що довгий час
переслідують людство.

І хоча нас визначають

наші гени,

ми отримали певну свободу,

що навчить нас
відповідальному ставленню до життя.

Дякую.

(Оплески)