Эпигенетика — возможность человека изменить то, что предопределено в ДНК | Моше Зиф | TEDxBratislava

Раньше ДНК рассматривали как нечто постоянное, но, как выяснилось, она может измениться под воздействием окружающей среды. Наш организм ещё до рождения знает, что его ожидает после появления на свет. В своём выступлении Моше проливает свет на свои революционные открытия.

Моше Зиф является одним из пионеров в области эпигенетики. Учёные из его лаборатории ещё три десятилетия назад предположили, что метилирование ДНК является основной терапевтической мишенью в лечении рака и других заболеваний, и сформулировали и представили первые доказательства того, что «социальная среда» в начале жизни может изменить метилирование ДНК. Это послужило началом развития новой области — «социальной эпигенетики». Зиф и его команда работают над пониманием основных эпигенетических механизмов и их далеко идущих последствий, отражающихся на поведении человека, здоровье и болезнях, а также разрабатывают основанную на эпигенетике терапию и диагностику.

Это выступление записано на мероприятии TEDx, независимо организованном местным сообществом с использованием формата конференций TED. Узнайте больше на http://ted.com/tedx

Всё началось в сумраке мадридского бара,

куда я однажды зашёл и встретил
коллегу из университета Макгилла,

Майкла Мини.

Мы выпили немного пива,

и, как это обычно делают учёные,
он начал рассказывать о своей работе.

Он исследовал, как самки крыс

вылизывают своих детёнышей после рождения.

На что я отреагировал: «Так вот,
значит, куда идут мои налоги,

(Смех)

на такие вот гуманитарные исследования».

Чем больше пива ты выпиваешь,
тем больше алкоголь ударяет в голову,

и ты становишься более раскрепощённым.
Он начал рассказывать,

что крысы, как и люди, заботятся
о своих детёнышах по-разному.

Некоторые самки уделяют
этому много внимания,

некоторые — мало,

а большинство — где-то в промежутке.

Что самое примечательное —

когда он наблюдал за повзрослевшими,
в пересчёте на людские годы, особями,

у которых матери уже давно умерли,

он заметил, что это совершенно
разные животные.

Те, кому матери уделяли
много внимания и заботы,

были меньше подвержены стрессу,

их половое поведение
и образ жизни отличался

от тех, о ком не так сильно
проявляли заботу.

И тогда я подумал:

«Это же не волшебство?

Почему так получается?»

Я биохимик.

Я полагаю, что всему в природе есть
объяснение с химической точки зрения.

Я работал в области,
называемой «эпигенетика»,

и прежде чем прийти к такому заключению,
нам пришлось провести другой эксперимент.

«Это гены?» — спросил бы генетик.

Возможно, у самки был ген «плохой матери»,

поэтому её детёныши оказывались
менее стрессоустойчивыми,

и это передавалось
из поколения в поколение;

всё это определяется генами.

Или есть вероятность,
что здесь другая причина?

В случае с крысами мы можем задать
этот вопрос и ответить на него.

Поэтому мы провели
перекрёстный эксперимент.

Мы разделили детёнышей
крысы сразу после рождения

и отдали их разным приёмным матерям,

не настоящим, а тем, кто их вырастит:

заботливым матерям и незаботливым.

Затем проделали то же самое
с детёнышами незаботливой крысы.

И получили примечательный результат:

неважно, какой ген был получен от матери.

Характер этих крыс определяет
не биологическая мать,

а та, которая их вырастила.

Так как же это работает?

Как я уже сказал, я эпигенетик.

Я изучаю, как гены маркируются

химически во время эмбриогенеза,

то есть когда мы пребываем
в утробе матери,

и как определяется, какой ген будет
экспрессироваться в той или иной ткани.

В мозге, печени и глазах
экспрессируются разные гены.

И мы подумали:

возможно ли, что матери
как-то перепрограммируют

гены детёнышей своим поведением?

Мы потратили на исследования 10 лет

и обнаружили, что существует целый каскад
биохимических реакций,

через который вылизывание, уход
и материнская забота

преобразуются в биохимические сигналы,
проникающие в ядро и в ДНК,

и по-разному программируют их.

Таким образом, животное может подготовить
себя к дальнейшей жизни.

Будет ли жизнь суровой?

Будет ли достаточно пищи?

Много ли котов и змей будет вокруг?

Или же я буду принадлежать
к высшему классу,

где от меня только и потребуется,
что пристойно вести себя,

чтобы получить признание общества?

Давайте подумаем о том, насколько
важен этот процесс для нашей жизни.

Мы унаследовали нашу ДНК от предков.

ДНК очень древняя,
во время эволюции она менялась.

Но она не скажет, будешь ли
ты рождён в Стокгольме,

где длинные солнечные дни летом
и короткие зимой,

или в Эквадоре, где продолжительность
дня и ночи одинакова в течение года,

и это сильно влияет на нашу физиологию.

Мы предполагаем, что то, что
случится на ранних этапах жизни,

те сигналы, что передаются через мать,
говорят ребёнку,

в каком социальном окружении
он будет жить.

Будут ли условия суровыми,
и стоит ли беспокоиться и волноваться?

Или условия будут благоприятными,
и следует вести себя иначе?

Будет ли это мир, где много света,
или мало?

Будет ли достаточно пищи,
или же её будет не хватать?

Если вокруг нет еды,

то тебе стоит думать только о том,
чтобы просто съедать всё, что найдётся,

или перерабатывать каждый кусочек
в жировую ткань.

И это хорошо: таким образом
эволюция позволила

нашей устоявшейся ДНК подстраиваться
под новые условия окружающей среды.

Но иногда бывают и сбои.

Например, если ты родился
в бедной семье и сигналы говорят,

что ты должен съесть любую
еду, какую найдёшь.

Но мы — люди, и наш мозг развился

и заставил эволюцию протекать быстрее.

Сейчас можно купить гамбургер за доллар.

И как следствие, такое настраивание,
переданное от матерей,

становится неадекватным.

То, что должно было спасти нас от голода,

теперь будет вызывать ожирение,
проблемы с сердцем и сосудами,

а также нарушение обмена веществ.

Поэтому концепция о том, что гены
могут меняться в зависимости от опыта,

особенно на раннем этапе жизни,

может дать общее объяснение
здоровью и болезням.

Применимо ли это только к крысам?

К сожалению, мы не можем
проверить это у людей

по этическим соображениям, мы не можем
подвергать детей случайным испытаниям.

То есть, если ребёнок из бедной семьи
приобретёт ту или иную черту,

нельзя с точностью сказать,
вызвано это бедностью

или тем, что у бедных плохие гены.

Генетики будут пытаться доказать,

что бедные люди потому и бедные,
что гены сделали их такими.

Эпигенетики скажут,
что бедняки живут в плохих

или неблагоприятных условиях,

которые и формируют данный генотип,
данную характерную черту.

Поэтому мы решили изучить это
у наших ближайших родственников — обезьян.

Мой коллега Стефан Суоми
выращивал обезьян двумя способами.

Случайным образом
забирал детёныша у матери,

и его воспитывала другая мать
в условиях суррогатного материнства.

Итак, у этих обезьян не было матерей,
их воспитывали «няньки».

Остальные воспитывались родными матерями.

Когда детёныши повзрослели, они стали
сильно отличаться друг от друга.

Обезьяны, воспитанные матерями,
не интересовались алкоголем,

не были сексуально агрессивными.

Обезьяны без матерей
были агрессивными, нервными

и испытывали тягу к алкоголю.

Мы проанализировали их ДНК
сразу после рождения,

чтобы посмотреть, есть ли признаки того,
что матери оставляют свой отпечаток,

свой профиль экспрессии, в ДНК детёныша.

Вот обезьяны на 14 день эксперимента,

и то, что вы здесь видите, это современный
метод изучения эпигенетики.

Можно отметить эти химические маркеры
на ДНК, мы называем их метилированием,

с разрешением на уровне нуклеотидов
и отобразить весь геном.

Теперь можно сравнить обезьян,
выращенных матерями и «няньками».

Вот наглядное представление этого.

Здесь представлены гены; те, которые
метилированы сильнее — красные,

менее метилированные — зелёные.

Можно заметить,
что многие гены изменились.

Ведь отсутствие матери —
не отдельный фактор,

это влияет на всё развитие.

Отсутствие матери посылает сигналы о том,
каким будет ваш мир,

когда вы повзрослеете,

и вы видите две группы обезьян,
полностью отделённые друг от друга.

На каком этапе развития это происходит?

Эти обезьяны уже не видели своих матерей,

поэтому они общались с сородичами.

Ощущаем ли мы наш социальный
статус в момент рождения?

В этом эксперименте

мы использовали плаценты обезьян
с разным социальным статусом.

Самое интересное в социальном ранге
и характерное для всех живых существ —

они сами выстраиваются в иерархию.

Обезьяна под номером 1 — вожак,

а под номером 4 — подчинённый.

И если четырёх обезьян поместить в клетку,
среди них всегда будет вожак

и всегда будет подчинённый.

Примечательно, что обезьяна под номером 1

обладает лучшим здоровьем,
чем обезьяна под номером 4.

Если поместить их в клетку,
обезьяна 1 не будет есть много,

а обезьяна 4 будет есть много.

Здесь представлена карта метилирования:

животные с высоким социальным статусом

в сравнении с животными с низким статусом.

При рождении в нас уже заложена
социальная информация,

она ни плохая, ни хорошая,

она просто подготавливает нас к жизни,

потому что мы должны программировать
наши биологические свойства

в зависимости от низкого
или высокого социального статуса.

Но как изучить это у людей?

Мы не можем проводить эксперименты
и вершить судьбы людей.

Но Бог ставит эксперименты над человеком,
и это называется природные катастрофы.

Одна из самых страшных таких
катастроф в истории Канады

произошла в провинции Квебек, где я живу.

Речь о Великом гололёде 1998 года.

Из-за ледяного шторма было полностью
отключено энергоснабжение,

когда в разгаре зимы температура в Квебеке
опустилась до минус 20–30 градусов,

а там были беременные женщины.

Моя коллега Сьюзан Кинг
наблюдала за детьми этих женщин

в течение 15 лет.

В итоге, учитывая степень
подверженности стрессу, —

а объективными показателями стресса
явились:

как долго вы были без электричества;

где вы проводили время;

были ли вы в квартире вашей тёщи
или в шикарном загородном доме —

всё это добавлялось в шкалу
социального стресса,

и в итоге вполне закономерен вопрос:
как эти дети выглядели?

Оказалось, чем больше стресса испытывают
дети, тем больше они подвержены аутизму,

тем больше шансов возникновения проблем
с обменом веществ и аутоиммунных болезней.

Мы сопоставили состояние метилирования,
и снова видно,

что по мере увеличения стресса
гены зелёного цвета становятся красными,

а красные гены становятся зелёными,

и ответной реакцией генома на стресс
является его полная перестройка.

Если мы можем программировать гены,

если мы не просто рабы
истории наших генов,

и их можно программировать,
то можем ли мы их перепрограммировать?

Потому что эпигенетические причины
могут вызвать такие заболевания, как рак,

болезни обмена веществ
и психические заболевания.

Давайте поговорим
о кокаиновой зависимости.

Кокаиновая зависимость — страшная вещь,

которая в итоге приводит
к летальному исходу.

Мы задались вопросом: а можно ли
перепрограммировать мозг,

чтобы животное перестало быть зависимым?

На кокаинозависимой модели мы
воспроизвели процессы организма человека.

Итак, вы в школе, в старших классах,
кто-то из друзей предлагает вам кокаин,

вы принимаете его, и ничего не происходит.

Проходят месяцы, что-то напоминает вам,
что случилось когда-то давно,

дилер толкает кокаин,
и вы становитесь зависимым,

и вот тут ваша жизнь меняется.

С крысами мы проделываем то же самое.

Мой коллега Гал Ядид прививает
животным зависимость к кокаину,

затем на месяц он лишает их наркотика.

А потом он подаёт им сигнал —
цвет клетки, который они видели,

когда впервые попробовали кокаин,

и у них сносит крышу.

Они нажимают на рычажок, получая
кокаин до тех пор, пока не умрут.

Мы обнаружили, что разница
между этими животными

заключается в том, что в течение времени,
когда ничего не происходит

и поблизости нет кокаина,
их эпигеном перестраивается,

их гены по-другому маркируются,

и когда подаётся сигнал,

их геном готов сформировать
зависимый фенотип.

Мы даём таким животным препараты,
которые или увеличивают метилирование ДНК,

что является эпигенетической меткой,

или же уменьшают его.

И мы выяснили, что при
увеличении метилирования

у этих животных тяга к кокаину
ещё больше усиливается.

Но когда мы уменьшаем метилирование ДНК,
то зависимость у них не развивается,

то есть мы их перепрограммировали.

Самое главное отличие эпигенетического
лекарства от обычного в том,

что в случае с ним

мы фактически удаляем информацию об опыте,

а когда её нет,

животные не вернутся к ней, пока
не переживут подобный опыт вновь.

То есть животное перепрограммировано.

И спустя месяц или два,

что по меркам человека
несколько лет жизни,

эти животные не были зависимы
после одного эпигенетического "лечения".

Мы сделали такой вывод: ДНК —
это не просто последовательность букв,

это не просто сценарий,

ДНК — это динамичное кино.

В это кино записывается наш опыт,
и оно интерактивно.

Вы как будто смотрите кино о своей жизни
с ДНК в главной роли, щёлкая пультом.

Вы можете убрать одного актёра,
а другого добавить.

Несмотря на детерминистскую природу генов,

вы можете контролировать,
какими будут ваши гены.

Это даёт нам огромный оптимизм.

Если мы посмотрим на такие
смертельные болезни,

как рак или психические расстройства
с новой точки зрения,

рассматривая их как дезадаптации,

то благодаря эпигенетике
мы можем вмешаться в производство фильма,

заменив одного актёра другим.

Суть моего сегодняшнего рассказа в том,
что ДНК представляет собой

комбинацию из двух компонентов,
двух слоёв информации.

Один слой старый,

который появился в результате эволюции,

он чётко фиксирован,
его, практически, нельзя изменить.

Другой слой информации
находится на эпигенетическом уровне,

который открыт, динамичен

и позволяет нам взаимодействовать с ним.

Поэтому, несмотря на то, что часть нас
обусловлена нашими генами,

мы всё-таки обладаем свободой выбора

и можем быть ответственны за свою жизнь.

Спасибо.

(Аплодисменты)